MMaterialsgateNEWS vom 26.05.2015

Nano: Physiker entwickeln Methode zur effizienten Signalübertragung aus Nanobauteilen

Physiker haben eine innovative Methode entwickelt, die den effizienten Einsatz von Nanobauteilen in elektronische Schaltkreisen ermöglichen könnte. Sie entwickelten dazu eine Anordnung, bei der ein Nanobauteil mit zwei elektrischen Leitern verbunden ist.
Diese bewirken eine hocheffiziente Auskopplung des elektrischen Signals. Die Wissenschaftler vom Departement Physik und dem Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel haben ihre Ergebnisse zusammen mit Kollegen der ETH Zürich in der Fachzeitschrift «Nature Communications» publiziert.

Elektronische Bauteile werden immer kleiner. In Forschungslabors werden bereits Bauelemente von wenigen Nanometern hergestellt, was ungefähr der Grösse von zehn Atomen entspricht. Dank der Miniaturisierung lassen sich zahlreiche elektronische Komponenten auf kleinstem Raum unterbringen, womit sich die Leistungsfähigkeit der Elektronik in Zukunft weiter steigern lassen wird.

Wissenschaftlerteams untersuchen weltweit, wie sich solche Nanobauteile mithilfe von Kohlenstoff-Nanoröhrchen herstellen lassen. Diese Röhrchen besitzen einzigartige Eigenschaften – sie leiten hervorragend Wärme, können mit hohen Stromstärken belastet werden und eignen sich als Leiter oder Halbleiter. Allerdings ist die Signalübertragung zwischen einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen und einem sehr viel grösseren elektrischen Leiter noch immer problematisch, da grosse Teile des elektrischen Signals durch die sogenannte Reflexion verlorengehen. Dabei wird ein Teil des Signals zurückgeworfen.

Antireflex erhöht die Effizienz

Ein ähnliches Problem stellt sich bei Lichtquellen in einem Glasobjekt. Da sehr viel Licht von den Wänden reflektiert wird, dringt nur ein kleiner Teil des Lichts nach aussen. Dagegen kann eine Antireflexbeschichtung an den Wänden dienen.

Ganz analog sind die Basler Wissenschaftler um Prof. Christian Schönenberger nun in der Nanoelektronik vorgegangen. Sie entwickelten eine Antireflexeinheit für elektrische Signale, um die Reflexion, die beim Übergang von Nanobauteilen in grössere Schaltkreise stattfindet, zu reduzieren. Dazu schufen sie eine spezielle Anordnung von elektrischen Leitern bestimmter Länge, die mit einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen gekoppelt sind. Die Forscher konnten somit ein hochfrequentes Signal aus dem Nanobauteil effizient auszukoppeln.

Unterschiedliche Scheinwiderstände sind das Problem

Die Kopplung von Nanostrukturen mit wesentlich grösseren Leitern gestaltet sich schwierig, da sie sehr unterschiedliche Scheinwiderstände, sogenannte Impedanzen, aufweisen. Je grösser der Unterschied der Impedanzen zwischen zwei leitenden Strukturen ist, desto grösser ist der Verlust beim Übergang. Zwischen Nanobauteilen und makroskopischen Leitern ist der Unterschied so gross, dass ohne Gegenmassnahmen kein Signal übertragen wird. Die Antireflexeinheit vermindert diesen Effekt und passt die Scheinwiderstände einander an, was zu einer effizienten Kopplung führt. Damit sind die Wissenschaftler dem Ziel, Nanobauteile zur Signalübertragung in elektronischen Bauelementen zu gebrauchen, einen entscheidenden Schritt näher gekommen.

Quelle: Universität Basel - 22.05.2015.

Originalbeitrag:

V. Ranjan, G. Puebla-Hellmann, M. Jung, T. Hasler, A. Nunnenkamp, M. Muoth, C. Hierold, A. Wallraff & C. Schönenberger, Clean carbon nanotubes coupled to superconducting impedance-matching circuits, Nature Communications (2015), doi: 10.1038/ncomms8165

Weitere Informationen

Prof. Dr. Christian Schönenberger, Universität Basel, Departement Physik/Swiss Nanoscience Institute, Tel. +41 61 267 36 90, E-Mail: christian.schoenenberger@unibas.ch

Recherchiert und dokumentiert von:

Dr.-Ing. Christoph Konetschny, Inhaber und Gründer von Materialsgate
Die Recherche und Aufbereitung der in diesem Dokument genannten Daten erfolgte mit größter Sorgfalt.
Für die Richtigkeit, Gültigkeit, Verfügbarkeit und Anwendbarkeit der genannten Daten übernehmen wir zu keinem Zeitpunkt die Haftung.
Bitte diskutieren Sie die Verwendung und Eignung für Ihren konkreten Anwendungsfall mit den Experten der genannten Institution.

Sie wünschen Material- und Technologierecherchen zu diesem Thema?

Materialsgate steht für hochwertige Werkstoffberatung und innovative Materialrecherchen.
Nutzen Sie unseren Beratungsservice

MMehr zu diesem Thema

Researchers at the University of Georgia have developed an inexpensive way to manufacture extraordinarily thin polymer strings commonly known as nanofibers.
These polymers can be made from natural materials like proteins or from human-made substances to make plastic, rubber or fiber, including biodegradable materials. The new method, dubbed "magnetospinning" by the researchers, provides a very simple, scalable and safe means for producing very large quantities of nanofibers that can be embedded with a multitude of materials, including live cells and drugs. Many thousands of times thinner than the average human hair, nanofibers are used... mehr
Researchers from North Carolina State University and China's Suzhou Institute of Nano-Science and Nano-Biotics have developed an inexpensive technique called "microcombing" to align carbon nanotubes (CNTs), which can be used to create large, pure CNT films that are stronger than any previous such films.
The technique also improves the electrical conductivity that makes these films attractive for use in electronic and aerospace applications. "It's a simple process and can create a lightweight CNT film, or 'bucky paper,' that is a meter wide and twice as strong as previous such films - it's even stronger than CNT fibers," says Yuntian Zhu, Distinguished Professor of Materials Science and Engineering at NC State and corresponding author of a paper describing the work... mehr
Understanding how nanotube forests are created could lead to advancements in aerospace and biomedical applications
Carbon nanotubes (CNTs) are microscopic tubular structures that engineers "grow" through a process conducted in a high-temperature furnace. The forces that create the CNT structures known as "forests" often are unpredictable and are mostly left to chance. Now, a University of Missouri researcher has developed a way to predict how these complicated structures are formed. By understanding how CNT arrays are created, designers and engineers can better incorporate the highly adaptable... mehr
A team at the University of Illinois at Urbana-Champaign finds way to purify arrays of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), possibly providing a step toward post-silicon circuits and devices
The exceptional properties of tiny molecular cylinders known as carbon nanotubes have tantalized researchers for years because of the possibility they could serve as a successors to silicon in laying the logic for smaller, faster and cheaper electronic devices. First of all they are tiny -- on the atomic scale and perhaps near the physical limit of how small you can shrink a single electronic switch. Like silicon, they can be semiconducting in nature, a fact that is essential for circuit boards... mehr

Partner der Woche

Materialsgate Login

MaterialsgateFAIR:
LASSEN SIE SICH INSPIRIEREN