Fysiker har utvecklat en innovativ metod som skulle kunna möjliggöra en effektiv användning av nanokomponenter i elektroniska kretsar. För att uppnå detta, de har utvecklat en layout där en nanokomponent är ansluten till två elektriska ledare, som kopplar bort den elektriska signalen på ett mycket effektivt sätt. Forskarna vid institutionen för fysik och det schweiziska nanovetenskapsinstitutet vid universitetet i Basel har publicerat sina resultat i den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation tillsammans med sina kollegor från ETH Zürich.

Elektroniska komponenter blir mindre och mindre. Komponenter som bara mäter några nanometer – storleken på cirka tio atomer – produceras redan i forskningslaboratorier. Tack vare miniatyrisering, många elektroniska komponenter kan placeras i begränsade utrymmen, vilket kommer att öka elektronikens prestanda ytterligare i framtiden.

Team av forskare runt om i världen undersöker hur man kan producera sådana nanokomponenter med hjälp av kolnanorör. Dessa rör har unika egenskaper – de erbjuder utmärkt värmeledning, tål starka strömmar, och är lämpliga att använda som ledare eller halvledare. Dock, signalöverföring mellan ett kolnanorör och en betydligt större elektrisk ledare förblir problematisk eftersom stora delar av den elektriska signalen går förlorade på grund av reflektionen av en del av signalen.

Antireflex ökar effektiviteten

Ett liknande problem uppstår med ljuskällor inuti ett glasobjekt. En stor mängd ljus reflekteras av väggarna, vilket gör att endast en liten del når utsidan. Detta kan motverkas genom att använda en antireflexbeläggning på väggarna.

Leds av professor Christian Schönenberger, forskare i Basel tar nu en liknande inställning till nanoelektronik. De har utvecklat en antireflexanordning för elektriska signaler för att minska reflektionen som uppstår vid överföring från nanokomponenter till större kretsar. Att göra så, de skapade en speciell formation av elektriska ledare av en viss längd, som är kopplade till ett kolnanorör. Forskarna kunde därför effektivt koppla bort en högfrekvent signal från nanokomponenten.

Skillnader i impedans orsakar problemet

Att koppla nanostrukturer med betydligt större ledare visade sig vara svårt eftersom de har väldigt olika impedanser. Ju större skillnaden är i impedans mellan två ledande strukturer, desto större förlust under överföring. Skillnaden mellan nanokomponenter och makroskopiska ledare är så stor att ingen signal kommer att sändas om inte motåtgärder vidtas. Antireflexanordningen minimerar denna effekt och justerar impedanserna, leder till effektiv koppling. Detta för forskarna betydligt närmare deras mål att använda nanokomponenter för att överföra signaler i elektroniska delar.