Framtida nanoelektronik kan få förhinder
Att kombinera vanlig elektronik med ljus har varit en möjlig lösning för att få minimala datorkretsar med supersnabb informationsöverföring. Forskare vid Umeå universitet och University of Maryland, USA, visar nu att det finns en begränsning. När storleken på komponenterna närmare sig nanometernivå försvinner all information innan den hunnit överföras.
– Våra resultat kan sätta käppar i hjulen för framtidens nanoelektronik. Samtidigt är det en mycket intressant fråga att ta reda på hur vi skulle kunna hindra att informationen går förlorad, säger Mattias Marklund, professor i teoretisk fysik vid Umeå universitet.
Den elektronik vi idag känner från våra datorer är, som namnet antyder, baserat på informationsöverföring med hjälp av elektroner. Att elektroner används har inneburit att storleken på datorkretsarna kunnat krympas utan att kretsarnas effektivitet minskat.
Samtidigt utgör kommunikation med hjälp av elektroner ett ganska långsamt överföringssätt. För att komma från detta problem kan ljus användas istället för elektroner. Detta är basen i så kallade fotoniska komponenter. Medan överföringshastigheten inom fotonik är mycket hög, kan inte komponenternas storlek krympas till samma nivå som ”vanlig” elektronik.
I ett antal år har så kallade plasmoniska komponenter visat en möjlig väg ut ur elektronikens och fotonikens dilemman. Genom att kombinera fotonik och elektronik har man visat att information kan överföras med hjälp av så kallade plasmoner. Plasmoner är ytvågor, likt vågor på havet fast här bestående av elektroner, som i metaller kan utbreda sig med mycket stora hastigheter.
De resultat som nu presenteras av den svensk-amerikanska forskargruppen visar att det uppstår svårigheter när storleken på sådana komponenter minskas till nanometernivå. Då ger sig nämligen elektronernas tudelade natur till känna: elektronerna uppträder inte längre som partiklar utan har en diffus karaktär där deras läge och rörelse inte längre är välbestämda.
Denna flyende personlighet leder till att plasmonens energi sprids ut och går förlorad för informationsöverföring. För nanokomponenter blir denna effekt förödande och leder till att all information går förlorad innan den hunnit överföras.
– De effekter som vi har upptäckt går inte helt att undvika, men kanske kan plasmonernas beteende ändå tyglas genom en precis design av komponenterna som tar hänsyn till materiens kvantnatur på nanoskalan. Vår förhoppning är att fortsatt forskning kan ge svar på denna fråga, säger Mattias Marklund.
Resultaten presenteras i septembernumret av tidskriften Europhysics Letters, se också http://arxiv.org/pdf/0712.3145.
Kontaktinformation
För ytterligare information, kontakta:
Mattias Marklund, professor vid institutionen för fysik
Telefon: 090-786 96 82, 0705-177 286
E-post: mattias.marklund@physics.umu.se
