(Phys.org) – I decennier, elektroniska enheter har blivit mindre, och mindre, och mindre. Det är nu möjligt – även rutinmässigt – att placera miljontals transistorer på ett enda kiselchip.

Men transistorer baserade på halvledare kan bara bli så små. "I den takt som den nuvarande tekniken utvecklas, om 10 eller 20 år, de kommer inte att kunna bli mindre, " sa fysikern Yoke Khin Yap från Michigan Technological University. "Också, Halvledare har en annan nackdel:de slösar mycket energi i form av värme."

Forskare har experimenterat med olika material och design för transistorer för att lösa dessa problem, använder alltid halvledare som kisel. Tillbaka 2007, Yap ville prova något annorlunda som kan öppna dörren till en ny tid av elektronik.

"Tanken var att göra en transistor med en isolator i nanoskala med metaller i nanoskala ovanpå, " sa han. "I princip, du kan få en bit plast och sprida en handfull metallpulver ovanpå för att göra enheterna, om du gör det rätt. Men vi försökte skapa den i nanoskala, så vi valde en isolator i nanoskala, bornitrid nanorör, eller BNNT för substratet."

Yaps team hade kommit på hur man gör virtuella mattor av BNNTs, som råkar vara isolatorer och därmed mycket motståndskraftiga mot elektrisk laddning. Med hjälp av laser, laget placerade sedan kvantprickar (QDs) av guld så små som tre nanometer tvärs över på toppen av BNNTs, bildar QDs-BNNTs. BNNT är idealiska substrat för dessa kvantprickar på grund av deras små, kontrollerbar, och enhetliga diametrar, såväl som deras isolerande karaktär. BNNT begränsar storleken på de prickar som kan deponeras.

I samarbete med forskare vid Oak Ridge National Laboratory (ORNL), de tände upp elektroder på båda ändarna av QDs-BNNTs vid rumstemperatur, och något intressant hände. Elektroner hoppade mycket exakt från guldprick till guldprick, ett fenomen som kallas quantum tunneling.

"Föreställ dig att nanorören är en flod, med en elektrod på varje bank. Föreställ dig nu några mycket små trappstenar över floden, " sa Yap. "Elektronerna hoppade mellan guldtrampstenarna. Stenarna är så små, du kan bara få en elektron på stenen åt gången. Varje elektron passerar samma väg, så enheten är alltid stabil."

Yaps team hade gjort en transistor utan halvledare. När tillräcklig spänning applicerades, den övergick till ledande tillstånd. När spänningen var låg eller avstängd, den återgick till sitt naturliga tillstånd som en isolator.

Vidare, det fanns inget "läckage":inga elektroner från guldprickarna flydde in i de isolerande BNNT, på så sätt håller tunnelkanalen sval. I kontrast, kisel är föremål för läckage, som slösar energi i elektroniska apparater och genererar mycket värme.

Andra människor har gjort transistorer som utnyttjar kvanttunnel, säger Michigan Tech fysiker John Jaszczak, som har utvecklat det teoretiska ramverket för Yaps experimentella forskning. Dock, dessa tunnelanordningar har bara fungerat under förhållanden som skulle avskräcka den typiska mobiltelefonanvändaren.

"De fungerar bara vid flytande heliumtemperaturer, sa Jaszczak.

Hemligheten med Yaps guld-och-nanorör-enhet är dess submikroskopiska storlek:en mikron lång och cirka 20 nanometer bred. "Guldöarna måste vara i storleksordningen nanometer tvärsöver för att kontrollera elektronerna vid rumstemperatur, " sa Jaszczak. "Om de är för stora, för många elektroner kan flöda." I det här fallet, mindre är verkligen bättre:"Att arbeta med nanorör och kvantprickar får dig till den skala du vill ha för elektroniska enheter."

"Teoretiskt sett, dessa tunnelkanaler kan miniatyriseras till praktiskt taget nolldimension när avståndet mellan elektroderna reduceras till en liten bråkdel av en mikron, " sa jap.

Yap har ansökt om ett fullständigt internationellt patent på tekniken.