Inom elektronik, loppet om mindre är enormt. Fysiker vid University of Cincinnati arbetar med att utnyttja kraften i nanotrådar, mikroskopiska trådar som har potential att förbättra solceller eller revolutionera fiberoptik.

Nanoteknik har potential att lösa flaskhalsen som uppstår vid lagring eller hämtning av digital data - eller kan lagra data på ett helt nytt sätt .?UC -professorer och deras doktorander presenterade sin forskning vid konferensen American Physical Society i New Orleans den 13 mars. , Louisiana.

Hans-Peter Wagner, docent i fysik, och doktoranden Fatemesadat Mohammadi tittar på sätt att överföra data med fiberoptikens hastighet men i betydligt mindre skala.

Wagner och huvudförfattaren Mohammadi studerar detta område, kallas plasmonik, med forskare från tre andra universitet. För det nya experimentet, de byggde nanotråds halvledare med organiskt material, avfyrade laserpulser mot provet och mätte hur ljuset färdades över metallen; tekniskt, excitationer från plasmonvågor.

"Så, om vi lyckas få en bättre förståelse för kopplingen mellan excitationerna i halvledarnanotrådar och metallfilmer, det kan öppna många nya perspektiv, "Sa Wagner.

Den framgångsrika utnyttjandet av detta fenomen - kallad plasmonvågledning - kan tillåta forskare att överföra data med ljus på nanonivå.

Universitet runt om i världen studerar nanotrådar, som har allestädes närvarande tillämpningar från biomedicinska sensorer till ljusemitterande dioder eller lysdioder. Fyra UC -artiklar om ämnet är bland mer än 150 andra av nanotrådsforskare runt om i världen som ska presenteras vid konferensen i mars.

"Du försöker optimera den fysiska strukturen på något som närmar sig atomskalan. Du kan göra mycket högeffektiva enheter som lasrar, "sade Leigh Smith, chef för UC:s avdelning för fysik .?Smith och UC -fysikprofessor Howard Jackson presenterade också papper om nanotrådar på konferensen.? även om kvantmekaniken bakom de senaste biosensorerna överstiger en tillfällig förståelse. Till exempel, hem graviditetstester använder guld nanopartiklar - indikatorn som får färg .?"Människor använder teknik hela tiden som de inte förstår, "Smith sa." Arthur C. Clarke sa, "All tillräckligt avancerad teknik går inte att skilja från magi."

Gordon Moore, medgrundare av Intel Corp., observerade att antalet transistorer som används i ett mikrochip har ungefär fördubblats vartannat år sedan 1970 -talet. Detta fenomen, nu kallad Moores lag tyder på att datorns processorkraft förbättras med en förutsägbar takt.

Vissa datavetare förutspådde att Moores lag var bortgången med tillkomsten av mikroprocessorer. Men nanoteknik förlänger det konceptets livslängd, sa Brian Markwalter, senior vice president för forskning och teknik för Consumer Technology Association. Hans handelsgrupp representerar 2, 200 medlemmar i den amerikanska teknikindustrin på 287 miljarder dollar.

"Det är inte en tävling att vara liten bara för att vara den minsta. Det går en utveckling för att kunna göra mer på mindre marker. Effekten för konsumenterna är att de varje år får bättre och bättre produkter för samma pris eller mindre, " han sa.

Nanoteknik öppnar ett universum av nya möjligheter, Sa Markwalter.

"Det är nästan magiskt. De blir bättre, snabbare, billigare och använder mindre ström, " han sa.

Markwalter sa att UC -professor Wagners forskning är spännande eftersom den visar lovande att använda optiska switchar för att ta itu med en flaskhals i dataöverföring som uppstår när du försöker lagra eller ta bort data.

"Det är verkligen ett genombrottsområde att slå samman halvledarvärlden och den optiska världen, "Sade Markwalter." [Wagner] arbetar vid skärningspunkten mellan fiberoptik och fotonik. "

Men även nanoteknik har sina gränser, Smith sa.

"Vi springer mot gränserna för vad som är fysiskt möjligt med nuvarande teknik, "Smith sa." Utmaningarna är ganska enorma. Om 10 eller 20 år måste det ske ett grundläggande paradigmskifte i hur vi skapar strukturer. Om vi ​​inte gör det kommer vi att fångas på samma plats som vi är nu. "

Så fungerar ett UC -experiment:

UC-doktorand Fatemesadat Mohammadi och docent Hans-Peter Wagner avfyrar laserpulser vid halvledar-nanotrådar för att excitera elektroner (kallade excitoner) som potentiellt fungerar som en energipump för att leda plasmonvågor över en belagd metallfilm som bara är några nanometer tjock utan att förlora ström , en nässlor fysisk egenskap som kallas resistivitet

De mäter den resulterande luminescensen av nanotråden för att observera hur ljus parar sig till metallfilmen. Genom att skicka ljus över en metallfilm, en process som kallas plasmonisk vågledning, forskare en dag kunde överföra data med ljus på nanonivå.

"Luminescensen är vårt intresse. Så vi täcker dem och ser:Hur förändras fotoluminescensegenskapen?" Sa Mohammadi.

För att göra halvledaren, de använder en teknik som kallas högvakuum organisk molekylär stråldeposition (bilden ovan) för att sprida organiska och metallskikt på gallium-nitrid-nanoroder.

Användningen av organisk film är unik för UC -experimentet, Sa Wagner. Filmen fungerar som en distans för att styra energiflödet mellan excitoner i nanotråden och oscillationen av metallelektroner som kallas plasmoner.

Det organiska materialet har den extra fördelen att det också innehåller excitoner som, ordnade ordentligt, kan stödja energiflödet i en halvledare, han sa.

Beläggning av nanoroderna med guld förkortar avsevärt livslängden för excitonemissionen vilket resulterar i vad som kallas en släckt fotoluminescens. Men genom att använda organiska distanser mellan nanoroden och guldfilmen, forskarna kan förlänga utsläppslivslängden till nästan motsvarande nanoroder utan beläggning.

När det guldbelagda provet är berett, de tar det till ett intilliggande labbrum och utsätter det för pulser av laserljus.

Mohammadi sa att det tog flera dagars noggrant arbete att ordna den lilla staden med speglar och balkdelare som bultades i exakta vinklar mot en arbetsbänk för experimentet (bilden ovan till vänster).

Reaktionerna i nanotråden tar bara 10 pikosekunder (vilket är en biljondel av en sekund.) Och laserpulserna är fortfarande snabbare - 20 femtosekunder (en siffra som har 15 nollor eller en kvadriljondel av en sekund.)

UC -projektet använde en guldbeläggning så att experimenten kunde replikeras vid ett senare tillfälle utan risk för oxidation. Men traditionella beläggningar som silver, Mohammadi sa, hålla ännu mer löfte.