Onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente zijn er in samenwerking met het Paul-Drude-Institut in Berlijn in geslaagd om door middel van oppervlaktegeluidsgolven - een soort aardbevinkjes op nanoschaal - licht van het ene uiteinde van een halfgeleidende nanodraad naar het andere te verplaatsen. De resultaten vormen een belangrijke mijlpaal in de ontwikkeling van halfgeleidercomponenten die optische signalen omzetten in elektrische signalen en andersom en hebben directe gevolgen voor de kwantuminformatieverwerking. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nanotechnology.
Licht is een zeer geschikt medium voor het op betrouwbare wijze overbrengen van informatie over grote afstanden, bijvoorbeeld door middel van glasvezels. Anderzijds is het gemakkelijker om informatie elektronisch te verwerken, omdat dan gebruik kan worden gemaakt van de miniaturisatie en integratie die wordt toegepast in halfgeleiders. Er is veel behoefte aan opto-elektronische apparaten die optische signalen kunnen omzetten in elektrische signalen en elektrische signalen kunnen omzetten in optische signalen, omdat zij beide technologieën op elkaar aansluiten. De onderzoekers in Twente en Berlijn hebben eigenlijk een akoesto-opto-elektronisch apparaat ontwikkeld dat niet alleen gebruikmaakt van optische en elektrische signalen, maar ook van akoestische signalen. Op één uiteinde van een halfgeleidende nanodraad (gemaakt van galliumarsenide) wordt laserlicht gericht, zodat daar in de geleidingsband (CB) elektronen in beweging worden gebracht, waardoor er gaten ontstaan in de valentieband (VB). Zowel de elektronen als de gaten worden opgevangen door een oppervlaktegeluidsgolf (SAW) die op grote afstand van de draad op hetzelfde substraat wordt gegenereerd. De SAW transporteert de elektron-gatparen doeltreffend door de nanodraad. Aan het einde van de nanodraad worden de elektronen en gaten gedwongen om zich weer samen te voegen, waardoor ze weer licht produceren. De SAW beweegt zich ongeveer 100.000 keer langzamer voort dan het licht en is dus veel gemakkelijker te beïnvloeden. De door MESA+ en PDI ontwikkelde technologie maakt dit op heel hoge frequenties (hoger dan 1 GHz) en op nanoschaal mogelijk. Dit maakt ook de weg vrij voor de toepassing van dit type apparatuur op het gebied van de kwantuminformatieverwerking.
GaAs-nanodraden met aan één uiteinde een in indium gedoopt segment zijn op een ondergrond van LiNbO3 gelegd. LiNbO3 is vanwege zijn hoge gehalte piëzo-elektriciteit gebruikt als gastheermateriaal voor SAW's. Voor het in beweging brengen van elektron-gatparen werd een laserbron gebruikt. De met licht opgewekte elektronen en gaten worden gevangen in de ruimtelijk gescheiden en piëzo-elektrisch opgewekte energieminima en -maxima aan de bandkanten van respectievelijk de geleidingsband (CB) en valentieband (VB). Deze gevangen dragers worden vervolgens door de SAW op geluidssnelheid naar het (In,Ga)As-gedeelte getransporteerd, waar ze weer worden samengevoegd tot kwantumpuntachtige haarden die fotonen afgeven.
Tijdschriftverwijzing
High-frequency acoustic charge transport in GaAs nanowires
S. Büyükköse, A. Hernández-Mínguez, B. Vratzov, C. Somaschini, L. Geelhaar, H. Riechert, W.G. van der Wiel and P.V. Santos, Nanotechnology 25, 135204 (2014).
Voor meer informatie:
Prof. dr. ir. Wilfred van der Wiel, NanoElectronics Group
E: W.G.vanderWiel@utwente.nl, (+31 (0)53 489 6717), www.nano-electronics.nl
