Elektronisch schakelen met metalen prisma

Op de AT en T Bell Laboratories in Murray Hill (VS) is een elektronische schakelaar ontwikkeld die geheel anders werkt dan de transistoren die momenteel in de elektronica worden gebruikt. De werking van een transistor berust op het razendsnel, elektronisch aan- en uitschakelen van een elektrische stroom. Bij deze nieuwe schakelaar wordt de stroom echter met behulp van een soort prisma van richting veranderd en op verschillende contactpunten gericht.

De schakelaar bestaat uit een bepaalde opstelling van metalen elektroden op het oppervlak van een dun laagje aluminiumgalliumarsenide, een halfgeleider, op een substraat van galliumarsenide. De elektroden in de schakelaar zijn 'tweedimensionaal', wat wil zeggen dat hun beweging beperkt is tot een dun laagje van het materiaal. Ze zijn bovendien 'ballistisch', wat betekent dat ze een bepaalde afstand kunnen afleggen zonder tegen atomen te botsen. Dat komt doordat het materiaal geen onzuiverheden bevat en gekoeld wordt tot beneden 1 Kelvin. De bewegingsafstand is zo groot (64 micrometer), dat de elektronen zich ongestoord rechtlijnig tussen twee contactpunten kunnen bewegen, als betrof het een lichtstraal.

De elektronenstraal wordt afgebogen door middel van een prisma. Dit is echter niet van glas, want daar komen geen elektronen doorheen, hoewel het wel die karakteristieke driehoekige vorm heeft. Het is van metaal en het bevindt zich aan het oppervlak, waarbij de af te buigen elektronen eronder door bewegen (Applied Physics Letters 56, p. 2433). De refractie wordt veroorzaakt door een mechanisme dat analoog is aan dat wat licht doet afbuigen wanneer het door een glasprisma beweegt. Daar is het door het snelheidsverschil in lucht en glas dat het licht tijdens het in- of uittreden van een prisma van richting wordt veranderd. Bij het elektronenprisma wordt met behulp van een elektrostatisch veld de kinetische energie en dus de snelheid van de elektronen veranderd. Deze snelheidsverandering resulteert net zoals bij licht in een afbuiging.

Door het veranderen van de spanning op het elektronenprisma kan men de afbuighoek varieren en de elektronen naar believen naar verschillende ontvangstpunten dirigeren. Door de elektronen hier te behandelen als fotonen (lichtdeeltjes), combineert men als het ware hun elektrische en optische eigenschappen. Dit zou volgens de onderzoekers uiteindelijk kunnen leiden tot 'een ander soort elektronica', hoewel het nog te vroeg is om precies te kunnen voorspellen wat voor vorm deze nieuwe technologie zou kunnen aannemen. Mogelijke toepassingsgebieden liggen in ieder geval op het gebied van de telecommunicatie en computertechnologie.