Пэр в старинном радио и Вы найдете то, что похоже на маленькие лампочки. Они – фактически электронные лампы — предшественники кремниевого транзистора. Электронные лампы пошли путем динозавров в 1960-х, но исследователи теперь привели их в чувство, создав наноразмерную версию, это быстрее и более выносливо, чем транзистор.
Это даже в состоянии пережить резкую радиацию открытого космоса.Развитый в начале прошлого века, электронные лампы предложили первый простой способ усилить электрические сигналы. Как лампочки, они – стеклянные лампочки, содержащие горячую нить.
Но выше нити два дополнительных электрода: металлическая сетка и, наверху лампочки, положительно заряженной пластины. Горячая нить испускает спокойное течение электронов, привлеченных к положительному заряду пластины. Уровнем электронного потока может управлять нагрузка на прошедшей сетке, что означает, что маленький электрический сигнал относился к сетке — говорят, крошечный вывод граммофона — воспроизводится в намного более сильном электроне, вытекают из нити к пластине.
В результате сигнал усилен и может быть послан в громкоговоритель.Электронные лампы перенесли медленную смерть в течение 1950-х и 60-х благодаря изобретению транзистора — в частности, способность выпускать серийно транзисторы путем химической гравюры, или гравюру, куски кремния.
Транзисторы были меньшей, более дешевой, и более длительной длительностью. Они могли также быть упакованы в чипы для включения и выключения согласно различным, сложным вводам, проложив путь к более мощным компьютерам меньшего размера.
Но транзисторы не были лучше во всех отношениях. Электроны перемещаются более медленно в тело, чем в вакууме, что означает, что транзисторы обычно медленнее, чем электронные лампы; в результате вычисления не так быстры, как это могло быть. К тому же, полупроводники восприимчивы к сильной радиации, которая может разрушить строение атома кремния, таким образом, что нагрузки больше не перемещаются должным образом. Это – большая проблема для вооруженных сил и НАСА, которым нужна их технология для работы в радиационных суровых атмосферных условиях, таких как открытый космос.
«Компьютер Вы и я покупаем, то, что покупает НАСА, но они не будут хотеть его точно тот же путь», говорит Меия Меияппэн, инженер в НАСА Научно-исследовательский центр Эймса в Области Moffett в Калифорнии. «Им требуются несколько лет к защищенному от радиации это. Иначе компьютер, Вы вставляете шаттл или космическую станцию в основном, будет убит и прекратит работать».Новое устройство является помесью сегодняшних транзисторов и электронных ламп прошлого года. Это является маленьким и легко произведенное, но также и быстрым и защищенным от радиации.
Meyyappan, совместно разработавший «нано электронную лампу», говорит, что это создается путем гравюры крошечной каверны в фосфористо лакируемом кремнии. Каверна ограничена тремя электродами: источник, ворота и утечка. Источник и утечка отделены всего на 150 миллимикронов, в то время как ворота сидят на вершине.
Электроны испускаются из источника благодаря напряжению, примененному через него и утечке, в то время как контрольно-пропускная служба электронный поток через каверну. В их работе, опубликованной онлайн сегодня в Прикладных Письмах о Физике, Meyyappan и коллеги оценивают, что их нано электронная лампа управляет в частотах до 0,46 терагерц — приблизительно в 10 раз быстрее, чем лучшие кремниевые транзисторы.
Устройство бригады не является первой попыткой миниатюризации электронной лампы. Вопреки предыдущей работе, однако, исследователи не должны создавать «надлежащий» вакуум: разделение источника и утечки является столь маленьким, что электроны получают очень мало возможности столкновения с атомами в воздухе. Это – огромное преимущество, говорит Меияппэн, потому что оно открывает дверь в массовое производство.Инженер-электроник Кристель Фобелетс в Имперском колледже Лондона соглашается. «Вакуумная технология в линии производства полупроводника сделала бы затраты на производство очень высоко», говорит она.
Однако, она предостерегает, нано электронная лампа является большим количеством «доказательства понятия», чем рабочее устройство, так как его эксплуатационные требования еще не соответствуют современным транзисторам. Как один пример, приблизительно 10 В необходимы для включения устройства, тогда как современные транзисторы работают приблизительно в 1 В; в этом отношении нано электронная лампа не совместима с современными схемами.
Несмотря на это, потенциал является большим, говорит Меияппэн. Врожденная неприкосновенность новой электронной лампы от радиации могла сэкономить вооруженным силам и НАСА много времени и денег, в то время как его более быстрое действие делает его редким кандидатом на так называемую технологию терагерца. Сидя между микроволновыми и инфракрасными регионами электромагнитного спектра, регион терагерца может выбрать «отпечатки пальцев» определенных молекул. Технология могла поэтому использоваться в аэропортах для безопасного просмотра для незаконных наркотиков, например.
Таким образом, действительно ли электронные лампы готовы сделать возвращение? Меияппэн думает так. «Мы объединяем лучший из вакуума», говорит он, «и лучшее из того, что мы узнали за прошлые 50 лет о производстве интегральных схем».