利用量子隧穿效應(yīng)突破自供電傳感器的極限
Shantanu Chakrabartty的實(shí)驗(yàn)室一直致力于制造能以最小能量運(yùn)行的傳感器。他的實(shí)驗(yàn)室在制造更小更高效的傳感器方面非常成功,以至于他們遇到了物理基本定律形式的障礙。 然而,有時(shí),當(dāng)你遇到一個(gè)難以逾越的障礙時(shí),你只需求助于量子物理學(xué),并在其中穿行隧道。這就是Chakrabartty和圣路易斯華盛頓大學(xué)麥凱爾維工程學(xué)院的其他研究人員所正在做的。 上圖所示為量子隧道傳感器芯片組和匹配的福勒-諾德海姆(Fowler-Nordheim)隧道勢壘。 激發(fā)這項(xiàng)研究的障礙是閾值效應(yīng)!跋胂笠幌聵渖蠏熘粋(gè)蘋果,”Chakrabartty說,“你可以搖一下樹,但蘋果不會(huì)掉下來。你必須使出足夠的力量把蘋果抖松,這正是使電子越過勢壘所需的最小能量,如果不能使電子越過勢壘,就不能產(chǎn)生電流! 但是,自然發(fā)生的量子力學(xué)現(xiàn)象總是使電子穿過勢壘。研究小組利用這一點(diǎn),制造了一種自供電裝置,這種裝置的初始能量輸入很小,可以獨(dú)立運(yùn)行一年多。 他們是這樣建造的 這個(gè)裝置簡單,造價(jià)低廉。它只需要四個(gè)電容器和兩個(gè)晶體管。從這六個(gè)部分中,Chakrabartty的團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng),每個(gè)系統(tǒng)都有兩個(gè)電容器和一個(gè)晶體管。電容器的初始電荷很小,每個(gè)大約有5000萬個(gè)電子。 |