Логическое свечение
Для изготовления миниатюрной лампы требуется всего несколько атомов серебра и немного электричества. И в зависимости от того, как подается напряжение на металлический кластер, его можно даже рассчитать.
В августе прошлого года исследователи во главе с Робертом Диксоном из Технологического института Джорджии в Атланте впервые увидели свет, хотя и очень маленький. Потому что крошечные кластеры атомов серебра, которые исследователи заставили светиться, состояли всего из двух-восьми атомов.
Для этого Диксон и его коллеги сначала пропускали ток силой около одного ампера через тонкий, слегка окисленный слой серебра. Тогда сравнительно высокая плотность тока в тонком слое вызывала волочение атомов, вызывая в некоторых местах трещины в материале. Атомы присоединились в другом месте и сформировали эти серебряные кластеры.
Этот перенос материала, вызванный электрическим током, хорошо известен как электромиграция и вызывает головную боль в производстве чипов, поскольку непреднамеренные разрывы в проводящих дорожках открываются или происходят короткие замыкания. Однако Диксон и его команда используют этот эффект специально для осаждения светящихся серебряных кластеров. И кто знает, может быть, в будущем индустрия чипов сможет получить что-то от до сих пор нежелательного эффекта, потому что, как теперь смогли показать Диксон и его коллега Тэ-Хи Ли, крошечные шарики серебра можно использовать в качестве простые оптоэлектрические транзисторы - другими словами, компоненты, которых тысячи и тысячи в каждом застрявшем Компьютере.
Единственный вход - электрический сигнал, выход - свечение кластеров. «Вместо измерения тока на выходе обычного транзистора мы определяем электролюминесценцию при заданном входном напряжении», - объясняет Диксон принцип.«Таким образом, наше устройство ведет себя как транзистор со светом на выходе вместо электрического тока».
Поскольку размер кластера определяет положение его энергетических уровней, а значит, и цвет, которым он излучает свет, можно управлять сразу многими кластерами, выбирая соответствующее напряжение на входных электродах. Между прочим, чтобы включить один из наносветильников, требуются два подходящих импульса напряжения, которые подаются на серебряный кластер в быстрой последовательности: первый вносит в материал положительно заряженные дырки, то есть заставляет электроны покинуть серебро. Второй импульс выталкивает электроны обратно в металл. Поскольку два импульса следуют друг за другом всего лишь миллионные доли секунды, электроны могут соединяться с дырками. Поскольку носители заряда также расположены на разных энергетических уровнях в материале, в процессе высвобождается энергия, которая излучается в виде кванта света.
В зависимости от амплитуды и длительности импульсов напряжения серебряные кластеры также ведут себя как логические элементы, с помощью которых можно выполнять типичные логические операции, такие как те, которые в изобилии имеют место в логике цифрового переключения компьютер. На чипе можно разместить тысячи таких кластеров и выполнить соответствующие арифметические операции - единственное условие: кластеры должны быть достаточно далеко друг от друга, чтобы их состояние все еще можно было разрешить с помощью камеры.
Диксон, однако, не ожидает, что новые оптоэлектронные устройства заменят обычные полупроводниковые элементы в обычных задачах. Однако он видит потенциал в сложных узкоспециализированных вычислениях, которые могут перегрузить обычный компьютер. Тем не менее, у крошечных в настоящее время есть один существенный недостаток: они работают при комнатной температуре и на самом деле не нуждаются в сложном охлаждении, но через несколько часов вычислительного времени частицы серебра сгорают и поэтому становятся непригодными для использования..