Nanoscale device could create new chemicals and speed up electronics / Il dispositivo su scala nanometrica potrebbe creare nuove sostanze chimiche e accelerare l'elettronica

Nanoscale device could create new chemicals and speed up electronics / Il dispositivo su scala nanometrica potrebbe creare nuove sostanze chimiche e accelerare l'elettronica



Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

hot electrons

A nanoscale device developed in the UK could be used to help synthesise new chemicals and improve the speed of electronics equipment.
The device, developed by researchers at King’s College London and published in Nature Nanotechnology, uses quantum effects to convert electrons flowing around a circuit into a controlled stream of “hot electrons” and light.
Hot electrons are highly energetic, making them very useful in chemical research, according to Dr Pan Wang, the paper’s lead author.
“Hot electrons can allow chemical reactions to occur between two molecules which would not normally react,” he said.
The device consists of two materials, eutectic gallium indium and gold nanorods, which are separated by an air gap of less than 1nm.
When a voltage is applied across the device, it causes a flow of electrons from the eutectic gallium indium electrode to the gold nanorods.
Although an air gap would usually prevent the electrons from flowing between the two materials, at distances of less than 1nm quantum mechanical rules apply, meaning the electrons are able to “tunnel” through.
This tunnelling means that the electrons arrive at the nanorod tips in the form of hot electrons.
What’s more, a small number of the tunnelling electrons also excite particles known as plasmons in the material, emitting light.
This process is typically very inefficient, said Wang. “But by using a gold nanorod array for one of the electrodes, we can provide billions of tunnel junctions, improving the electron-to-plasmon conversion efficiency,” he said. “This makes the emitted light visible to the naked eye.”
The device could be used in electronics to optically transmit information in the form of 1s and 0s by rapidly switching the light on and off. In this way it could be used to replace semiconductor lasers, which are becoming too bulky as the size of electronics equipment shrinks.
As well as chemical research, the hot electrons produced by the device could also be used in sensing. Since the tunnel junctions in the material are very sensitive to change, any new substance produced by a chemical reaction will alter their properties, changing the flow of electrons through the device. In this way it could be used to monitor chemical reactions, or to detect the presence of hydrogen leaks in fuel cell production, for example.

ITALIANO
Un dispositivo su scala nanometrica sviluppato nel Regno Unito potrebbe essere utilizzato per aiutare a sintetizzare nuove sostanze chimiche e migliorare la velocità delle apparecchiature elettroniche.
Il dispositivo, sviluppato dai ricercatori del King's College di Londra e pubblicato su Nature Nanotechnology, utilizza gli effetti quantistici per convertire gli elettroni che fluiscono attorno a un circuito in un flusso controllato di "elettroni caldi" e di luce.
Gli elettroni caldi sono altamente energici, il che li rende molto utili nella ricerca chimica, secondo il dott. Pan Wang, l'autore principale del giornale.
"Gli elettroni caldi possono permettere che si verifichino reazioni chimiche tra due molecole che normalmente non reagirebbero", ha affermato.
Il dispositivo è costituito da due materiali, l'indio di gallio eutettico e i nanocilindri d'oro, che sono separati da un traferro inferiore a 1 nm.
Quando viene applicata una tensione attraverso il dispositivo, provoca un flusso di elettroni dall'elettrodo indio di gallio eutettico ai nanocilindri d'oro oro.
Sebbene un traferro di solito impedisca agli elettroni di fluire tra i due materiali, a distanze inferiori a 1nm si applicano le regole meccaniche quantistiche, nel senso che gli elettroni sono in grado di "attraversare" l'ostacolo.
Questo effetto tunnel significa che gli elettroni arrivano alle punte di nancilindri sotto forma di elettroni caldi.
Inoltre, un piccolo numero di elettroni in base all'effetto tunnell eccitano le particelle note come plasmoni nel materiale, emettendo luce.
Questo processo è in genere molto inefficiente, ha detto Wang. "Ma utilizzando una matrice di nanocilindri d' oro per uno degli elettrodi, possiamo fornire miliardi di giunzioni a effetto tunnel, migliorando l'efficienza di conversione da elettrone a plasmone", ha affermato. "Questo rende la luce emessa visibile ad occhio nudo."
Il dispositivo potrebbe essere utilizzato in elettronica per trasmettere otticamente informazioni sotto forma di 1s e 0s accendendo e spegnendo rapidamente la luce. In questo modo potrebbe essere utilizzato per sostituire i laser a semiconduttore, che diventano troppo voluminosi quando le dimensioni delle apparecchiature elettroniche si riducono.
Oltre alla ricerca chimica, anche gli elettroni caldi prodotti dal dispositivo potrebbero essere utilizzati nel rilevamento. Poiché le giunzioni del tunnel nel materiale sono molto sensibili al cambiamento, qualsiasi nuova sostanza prodotta da una reazione chimica altererà le loro proprietà, cambiando il flusso di elettroni attraverso il dispositivo. In questo modo potrebbe essere utilizzato per monitorare le reazioni chimiche o per rilevare la presenza di perdite di idrogeno nella produzione di celle a combustibile, ad esempio.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/hot-electrons-nanoscale-device/?cmpid=tenews_4446793&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79

Commenti

Post popolari in questo blog

Paracetamolo, ibuprofene o novalgina: quali le differenze? / acetaminophen, ibuprofen, metamizole : what are the differences?

Diminuire l'ossigeno per aumentare la longevità? / Decrease Oxygen to Boost Longevity?

Sci-Fi Eye: il nostro futuro urbano / Sci-Fi Eye: Our Urban Future