افزاره‌های منطقی پیزوالکتریکی با استفاده از نانوسیم‌ها

پژوهشگرانی از موسسه‌ی فناوری جورجیا، طبقه جدیدی از افزاره‌های منطقی الکترونیکی توسعه داده‌اند که در آنها عمل سوئیچ جریان الکتریکی با استفاده از میدان الکتریکی تولید شده در حین تغییر شکل مکانیکی نانوسیم‌های اکسید روی، انجام می‌شود.

پژوهشگرانی از موسسه‌ی فناوری جورجیا، طبقه
جدیدی از افزاره‌های منطقی الکترونیکی توسعه داده‌اند که در آنها عمل سوئیچ
جریان الکتریکی با استفاده از میدان الکتریکی تولید شده در حین تغییر شکل
مکانیکی نانوسیم‌های اکسید روی، انجام می‌شود.

این افزاره‌ها، که شامل ترانزیستورها و دیودها می‌باشند، می‌توانند در
روبات‌های نانومتری، سیستم‌های نانوالکترومکانیکی (NEMS)، سیستم‌های
میکروالکترومکانیکی (MEMS)، و افزاره‌های میکروسیالی به‌کار گرفته شوند.
عمل مکانیکی که برای آغاز تغییر شکل لازم است می‌تواند فشردن یک کلید، فشار
ناشی از عبور یک سیال، کشش ماهیچه‌ها، و یا حرکت اعضای یک روبات باشد.

 

 
پژوهشگران موسسه فناوری جرجیا عملکرد آرایه‌ای از نانوافزاره‌های اکسید روی ایجاد
شده بر روی یک زیرلایه انعطاف‌پذیر پلیمری را اندازه گیری می‌کنند.
 
در ترانزیستورهای اثر میدانی معمولی، یک
میدان الکتریکی باعث سوئیچ- یا “درگاه‌دهی”- شارش جریان الکتریکی از یک
نیمه‌رسانا می‌شود. در این افزاره‌های منطقی جدید، به جای استفاده از یک
سیگنال الکتریکی، میدان سوئیچ‌کننده از تغییرشکل مکانیکی نانوسیم اکسید روی
تأمین می‌شود. این تغییرشکل باعث ایجاد یک کرنش در نانوسیم می‌شود و به
خاطر خاصیت پیزوالکتریکی منجر به تولید یک میدان الکتریکی می‌گردد- در بعضی
مواد بلوری خاص به خاطر اعمال کرنش مکانیکی بار الکتریکی ایجاد می‌گردد که
به خاصیت پیزوالکتریکی معروف هستند.

ژون لین وانگ از جرجیا گفت: “هنگامی که ما به نانوسیم قرار گرفته بین دو
الکترود فلزی یک کرنش اعمال می‌کنیم یک میدان الکتریکی ایجاد می‌شود که جهت
ایجاد ولتاژِ درگاهی به اندازه کافی قوی می‌باشد. “

این پژوهشگران با استفاده از یک ترانزیستور درگاه-کرنش، که بر روی یک
زیرلایه انعطاف‌پذیر پلیمری ساخته شده است، توانستند عملیات‌های منطقی
اساسی- مانند اعمال NOR، XOR، NAND و نیز توابع تسهیم‌کننده / تقسیم‌کننده-
را با اعمال انواع مختلفی از کرنش به نانوسیم اکسید روی انجام دهند. آنها
همچنین با قرار دادن ترانزیستورهای درگاه-کرنش بر روی دو وجه یک زیرلایه
انعطاف‌پذیر توانستند یک وارونگر ایجاد کنند.

این افزارها در فرکانس پایین کار می‌کنند- نوع تولید شده در تعاملات بشری و
محیط پیرامون- و از لحاظ سرعت، چالشی برای ترانزیستورهای سنتی CMOS در
کاربردهای معمولی ایجاد نخواهند کرد.

وانگ این افزاره‌های جدید را که از تزویج خواص پیزوالکتریکی، فوتون، و نیمه‌رسانا
ساخته شده است افزاره “پیزو- فوتوترونیک” نامید.

این محققان مجموعه نتایج خود را در مجله‌های Nano Letters، Advanced
Materials و Applied Physics Letters منتشر کرده‌اند.