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Drei-Wege-Transistoren
Quelle: Triple-Mode-Eintransistor-Graphenverstärker und seine Anwendungen
Kartik Mohanramet al.
ACS Nano 4: 5532-5538
Dreifache Zeit: Dieser Einzeltransistor-Verstärker, ein von Metallelektroden durchzogener Graphenstreifen, macht mit einem Transistor, was jetzt viele erfordert.
Ergebnisse: Die Forscher bauten einen einstufigen Graphen-Transistorverstärker und zeigten, dass er drei Funktionen in einer ausführen kann: Er kann positive Ladung, negative Ladung oder beides gleichzeitig leiten. Das Gerät kann einen Datenstrom codieren, indem es die Frequenz oder die Phase eines Signals ändert – eine Aufgabe, die normalerweise mehrere Transistoren in einer Schaltung erfordert.
Diese Geschichte war Teil unserer Januar-Ausgabe 2011
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Warum es wichtig ist: Frühere Forschungen zu Graphen haben sich hauptsächlich darauf konzentriert, wie schnell es elektrische Ladungen leitet; Graphen-Transistoren sind 10-mal so schnell wie Silizium-Transistoren. Dass sie noch andere Vorteile haben, zeigt die neue Arbeit. Da ein einzelner Graphentransistor die Arbeit mehrerer Siliziumtransistoren übernehmen kann, könnte Graphen in kompaktere Chips für drahtlose Telekommunikationsgeräte wie RFID-Tags und Bluetooth-Headsets integriert werden.
Methoden: Forscher der Rice University stellten die Hypothese auf, dass ein Graphentransistor mit drei elektrischen Anschlüssen, den Strukturen, die den Stromfluss steuern und leiten, so betrieben werden könnte, dass der Transistor zwischen Zuständen wechselt, in denen er positive Ladung, negative Ladung und beides leitet. Unter Verwendung von Standardtechniken zur Herstellung von Graphenschaltkreisen stellten Forscher der University of California, Riverside, die Schaltkreise her, indem sie Metallelektroden und einen Off-Chip-Widerstand zu einem kleinen Stück einlagigen Graphens hinzufügten. Tests zeigten, dass sich der resultierende einstufige Verstärker wie vorhergesagt verhielt und Zustände schaltete, wenn unterschiedliche Spannungen angelegt wurden. Die Vorrichtung könnte auch als Verstärker bei üblichen Verfahren zum Übertragen von Daten durch digitale Modulation eines Referenzsignals fungieren.
Nächste Schritte: Für komplexere Anwendungen versuchen die Forscher nun, mehrere Graphen-Transistoren in eine Schaltung zu integrieren.
Mehr Leistung pro Photon
Forscher demonstrieren einen Weg, um mehr Energie des Lichts in Strom umzuwandeln
Quelle: Sammlung mehrerer Exzitonen in einem sensibilisierten Photovoltaiksystem
Bruce Parkinsonet al.
Wissenschaft 330: 63-66
Ergebnisse: Die Forscher entwickelten eine Solarzelle, die für jedes absorbierte hochenergetische Photon mehrere Elektronen sammeln kann, und es gelang ihnen, die Elektronenabgabe direkt zu messen.
Warum es wichtig ist: Obwohl Forscher die Strommenge, die Solarzellen erzeugen können, stetig erhöht haben, stoßen sie auf grundlegende Grenzen, die durch die Physik der Umwandlung von Photonen in Elektronen in Halbleitermaterialien auferlegt werden. Herkömmliche Solarzellen wandeln nur eine Wellenlänge des Lichts effizient um; entweder absorbieren sie keine anderen Wellenlängen des Lichts oder sie geben zusätzliche Energie als Wärme ab. Die Forscher haben gezeigt, dass es möglich ist, einen Teil dieser zusätzlichen Energie einzufangen, indem die Energie in jedem hochenergetischen Photon auf mehr als ein Elektron übertragen wird. Der Ansatz könnte genutzt werden, um ultraeffiziente und dennoch kostengünstige Solarzellen herzustellen.
Methoden: Obwohl andere Forscher bestätigt hatten, dass die Energie eines Photons auf mehr als ein Elektron übertragen werden kann, hatte niemand dieses Phänomen direkt in einer Solarzelle gemessen, weil die zusätzlichen Elektronen zu kurzlebig sind. In diesem Fall verwendeten die Forscher jedoch halbleitende Nanokristalle, sogenannte Quantenpunkte, als aktives Solarzellenmaterial und modifizierten ihre Oberflächenchemie, um eine starke Bindung zwischen ihnen und einem halbleitenden Oxidkristallsubstrat herzustellen. Die Bindung ermöglichte es den Elektronen, sich schnell von den Quantenpunkten in den Halbleiter zu bewegen, wo sie als Strom gemessen wurden.
Nächste Schritte: Das aktive Material in den Quantenpunkt-Testzellen ist so dünn, dass fast das gesamte Licht unabsorbiert hindurchtritt. Die Forscher schlagen vor, dieses Problem zu lösen, indem sie einem extrem porösen Material mit großer Oberfläche eine dünne Schicht hinzufügen. Die Forscher arbeiten auch mit verschiedenen Arten von Quantenpunkten, die das Potenzial haben, mehr Licht zu absorbieren und umzuwandeln.