Elektronische ratels voor elektronentransport (video)

Over het onderzoek, uitgevoerd onder leiding van dr.ir. Martijn Kemerink (Molecular Materials and Nano Systems, faculteit Technische Natuurkunde), verscheen een artikel op de site van Nature Materials, met promovendus ir. Erik Roeling als eerste auteur. Het artikel verschijnt ook in de januari-editie van het wetenschappelijke tijdschrift. Het laat zien dat in principe ongerichte elektrische krachten (veroorzaakt door een wisselspanning) een netto verplaatsing van elektronen in één richting kunnen opleveren. Dit komt neer op het opwekken van een gelijkstroom met een wisselspanning.

Het is voor het eerst dat bij kamertemperatuur bruikbare spanningen (voldoende om een logische schakeling aan te drijven, zoals de onderzoekers aantoonden) zijn opgewekt met een dergelijke periodieke, ongerichte kracht. Tot dusverre waren zeer lage temperaturen noodzakelijk en kwam men slechts tot een fractie van de vermogens die Roeling en Kemerink bereikten.

De onderzoekers maakten gebruik van asymmetrisch in een veldeffecttransistor geplaatste elektroden, waardoor de elektronen onder invloed van de wisselspanning wel stapjes in de ene richting konden maken, maar niet in de andere – het principe van een palrad of ratel. Deze verplaatsing van elektronen is vergelijkbaar met het schudden van knikkers op een wasbord – die bewegen ook één kant op. In onderstaand filmpje wordt dat gedemonstreerd.

De onderzoekers hebben hun vinding opgenomen in logische circuits. In hun opstelling blijkt deze voldoende energie te leveren om het circuit te laten werken. Daarmee hebben ze nu aangetoond dat het principe werkt.

De vinding is volgens de onderzoekers een eerste stap op weg naar een nieuwe methode voor draadloze aandrijving van micro-elektronica met een lage energieconsumptie. Te denken valt aan identificatietags, geïmplanteerde chips of sensoren. Overigens is voor het realiseren van een daadwerkelijke toepassing nog substantieel verder onderzoek nodig.

Martijn Kemerink kreeg in 2006 een VIDI-subsidie van NWO voor dit onderzoek.