Pieter Edelman
30 September 2009

Researchers van de universiteit van Californië in San Diego kunnen fotonen direct omzetten in elektronische signalen bij relatief hoge temperaturen. Dat brengt commerciële toepassingen in bijvoorbeeld optische-communicatieprocessoren een stap dichterbij, meldt EE Times. De elektronische signalen in kwestie zijn excitonen, quasideeltjes bestaande uit een elektrongat in een halfgeleider. Zij gedragen zich samen als een enkel deeltje. Transistoren die excitonen schakelen, zijn met conventionele technieken te maken.

Het aantrekkelijke van excitonen is dat er geen aparte converter nodig is om een foton om te zetten in een elektronisch signaal en vice versa. Met de juiste mix van materialen wekt een foton direct een exciton op in het halfgeleidermateriaal. Aan de andere kant kan een exciton ook weer direct worden omgezet in een foton. Het probleem tot nog toe was echter dat dit alleen werkt bij extreem lage temperaturen. De researchers in San Diego hebben dit weten op te hogen tot 125 kelvin, een temperatuur die met normale vloeibare-stikstofkoeling haalbaar is.

Een exciton kan ontstaan als een foton op het halfgeleidermateriaal valt en een elektron van de valentie- naar de geleidingsband stoot. De onderzoekers gebruiken naburige kwantumputten om het elektron en het achtergebleven gat te vangen: het elektron in de ene put, het gat in een aangrenzende. Door hun tegengestelde lading trekken ze elkaar aan en vormen een toestand waarin ze zich als enkel deeltje gedragen. Als ze weer recombineren, zenden ze een foton uit.

Deze kwantumputten maken de researchers uit laagjes galliumarsenide gesandwicht tussen laagjes aluminiumarsenide van 4 nanometer dik. Daarmee hebben ze een transistor, modulator en pinch-off-modulator gedemonstreerd. De onderzoekers denken dat met verdere optimalisatie van materialen en structuur ooit excitonschakelingen bij kamertemperatuur in het verschiet liggen.