Φωτεινοί νανοσωλήνες για τις τηλεπικοινωνίες

Πηγή: United Press, 23 Νοεμβρίου 2005

Οι νανοσωλήνες από άνθρακα θα μπορούσαν να παίξουν ρόλο σαν εξαιρετικά φωτεινές πηγές για τις τηλεπικοινωνίες, λένε επιστήμονες της ΙΒΜ. Οι συμβατικές πηγές φωτός στερεάς κατάστασης, όπως οι δίοδοι που εκπέμπουν φως, ή LED, φέρουν μαζί θετικά και αρνητικά φορτία. Όταν αυτά τα φορτία εξουδετερώσουν το ένα το άλλο, εκπέμπουν παλμούς φωτός, ή φωτόνια.

Υλικά κατάλληλα για τέτοιες οπτικές εφαρμογές δεν είναι συχνά ιδανικά για τις ηλεκτρονικές εφαρμογές, λέει η ερευνήτρια των ηλεκτρονικών και υλικών Jia Chen του ερευνητικού τμήματος της ΙΒΜ στο Yorktown  Heights. Αφ' ετέρου, οι νανοσωλήνες από άνθρακα είναι θαυμάσια υλικά της ηλεκτρονικής, και οι φυσικές ιδιότητές τους δείχνουν ότι είναι, επίσης, ενδεχομένως άριστα οπτικά υλικά, εξήγησε.

"Σήμερα οι πληροφορίες ταξιδεύουν συνήθως ως φωτόνια στις οπτικές ίνες βαθιά κάτω από τον ωκεανό", λέει η Chen. Η ελπίδα είναι ότι οι νανοσωλήνες από άνθρακα,  θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως δομικά υλικά με σκοπό να ενσωματώσουν οπτικά και ηλεκτρονικά συστατικά πάνω στο ίδιο τσιπ, ενισχύοντας κατά πολύ την ελαχιστοποίηση στις συσκευές τηλεπικοινωνιών.

Επιπλέον, καθώς η ηλεκτρονική που βασίζεται στους ημιαγωγούς γίνεται ολοένα μικρότερη, "τα μεταλλικά καλώδια που χρησιμοποιούνται αυτήν την περίοδο για να συνδέσουν τα διαφορετικά συστατικά σε ένα μόνο τσιπ, θα υποφέρει όλο και περισσότερο από προβλήματα όπως η έλλειψη της ταχύτητας και απαράδεκτα επίπεδα κατανάλωσης ισχύος, που τελικά περιορίζουν την απόδοση των τσιπ. Αυτοί όμως οι εκπομποί πάνω σε τσιοπ μπορούν να δώσουν μια ελκυστική εναλλακτική λύση σαν οπτικές συνδέσεις, χωρίς ενδεχομένως αυτά τα προβλήματα", εξηγεί η Chen.

Οι επιστήμονες είχαν προσπαθήσει να δημιουργήσουν πηγές φωτός από νανοσωλήνες άνθρακα στο παρελθόν, αλλά οι προηγούμενες προσπάθειες οδήγησαν σε πολύ ανεπαρκείς συσκευές, λέει η Chen. Τα προγενέστερα σχέδια εισήγαγαν θετικά και αρνητικά φορτία ταυτόχρονα από τις αντίθετες άκρες των νανοσωλήνων, αλλά η έγχυση των ίδιων ποσών θετικών και αρνητικών φορτίων συγχρόνως δεν είναι και ένας εύκολος στόχος, εξηγεί η ίδια. "Οι πιθανότητες να συναντηθούν τα αντίθετα φορτία και να εκπέμψουν φωτόνια είναι αρκετά χαμηλές".

Η Chen μαζί με συνάδελφους της, όπως ο Jie Liu από το πανεπιστήμιο Duke σχεδίασαν πηγές φωτός που παράγουν 100.000 φορές περισσότερα φωτόνια ανά μονάδα επιφανείας και ανά δευτερόλεπτο, από ό,τι τα συμβατικά LED. Για παράδειγμα ρεύμα 3 μιλιαμπέρ είναι ικανό να παράγει περίπου 10⁵ φορές περισσότερη φωτεινή ροή από ένα μεγάλο LED. Επιπλέον, είναι 1.000 φορές αποδοτικότερα από τις προγενέστερες συσκευές νανοσωλήνων άνθρακα. Αυτό βελτίωσε ικανοποιητικά την απόδοση και δεν χρειάζεται να γίνει έγχυση πλέον θετικών και αρνητικών φορτίων από τις αντίθετες άκρες των νανοσωλήνων.

Φαίδωνας Αβούρης

Αντίθετα, οι ερευνητές αιωρούν τους νανοσωλήνες σε οξειδωμένες στην επιφάνεια τους γκοφρέτες πυριτίου. Αυτό οδηγεί σε υψηλά ηλεκτρικά πεδία κοντά στη σύνδεση μεταξύ των νανοσωλήνων και των γκοφρετών. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια που εγχέονται στους νανοσωλήνες παίρνουν ενέργεια, δημιουργώντας συνδυασμούς αρνητικών και θετικών φορτίων, που επανασυνδυάζονται για να σχηματίσουν το φως.

Οι νανοσωλήνες εκπέμπουν το φως "με ένα μήκος κύματος ένα έως δύο μικρόμετρα, που είναι ιδιαίτερα πολύτιμο επειδή είναι το μήκος κύματος που χρησιμοποιείται ευρέως στις οπτικές επικοινωνίες", λέει ο Φαίδωνας Αβούρης, διευθυντής της νανοτεχνολογίας στο ερευνητικό τμήμα της ΙΒΜ. Ο φυσικός Bruce Weisman στο πανεπιστήμιο Rice στο Χιούστον είπε ότι τα συμπεράσματα της ΙΒΜ αποτελούν μια σημαντική πρόοδο, που θα μπορούσε να επιταχύνει τις εφαρμογές για τον νανοσωλήνα από άνθρακα.

Τα συμπεράσματά τους εμφανίζονται στο περιοδικό Science.