Kysyimme asiantuntijalta | Ilpo Salonen

Kysyimme asiantuntijalta | Ilpo Salonen

Nanolangoista uutta puhtia tietotekniikkaan

elektroniikka Super­ohuista langoista povataan uudenlaisia komponenttialustoja.

Nykyisin valtaosa elektroniikan komponenteista tehdään niin sanottuna ohutkalvoteknologiana yhdessä tai useammassa tasossa tasaiselle pinnalle. Nanolankarakenteilla komponentteja voitaisiin rakentaa lankojen osaksi ja siten nostaa komponentit kolmanteen ulottuvuuteen.

Tekniikan tohtori Joona-­Pekko Kakko kertoo, että transistoreja voitaisiin pinota päällekkäin ja moninkertaistaa suorituskykyä, tai laajentaa aurinkokennon valoa imevää pintaa lankojen sivuseinille.

Millaisia nykyteknologian puutteita nanolangat ratkaisevat?

”Ohutkalvoteknologiassa yksi ongelma on valmistus­prosessien huono yhteensopivuus laajasti käytetyn pii-alustakiteen kanssa. Se rajoittaa usein suorituskykyisempien materiaalien, kuten yhdistepuolijohteiden – esimerkiksi galliumarsenidin tai indium­fosfidin – yhdistämistä pii-alusta­kiteeseen.

Nanolankojen potentiaalina on mahdollistaa yhdistepuolijohteiden integroiminen useille alustoille, myös pii-alustakiteelle. Nanolangan kide sovittaa itsensä hyvinkin suureen kiderakenteiden eroon. Tämä johtuu sen pienestä kontaktipinnasta alustakiteellä.

Piin huono puoli on, ettei sillä voida tuottaa valoa, esimerkiksi tehdä ledejä. Nykyiset ledit tehdäänkin pitkälti käyttäen eri alustakiteitä ja paksuja sovitekerroksia. Nanolangat tarjoa­vat mahdollisuuden pudottaa kustannuksia, jos ne saataisiin integroitua suoraan edullisen alustan, kuten piin päälle. Tieteellisiä tuloksia tämän onnistumisesta on jo ilmestynyt.”

Millä tavoin valon kulku muuttuu nanomittakaavassa?

”Siinä valon käyttäytyminen ei muutu, vaan tietyt valon erityispiirteet korostuvat nanolankojen mittakaavan vuoksi. Nanometri (nm) on millimetrin miljoonasosa: jos marmorikuulan halkaisija olisi 1 nm, Maapallon halkaisija olisi 1 metri.

Nanolangat ovat tyypillisesti halkaisijaltaan 50–400 nm, mikä on juuri näkyvän valon aallonpituuden alueella tai sen alapuolella. Valon kohdatessa nanolangan osa siitä siroaa eri suuntiin, kuten taivaalla auringonvalo pilvien vesipisaroista. Lisäksi nanolanka on valolle kuin kitarankieli äänelle, eli tietty taajuus vahvistuu siinä seisovan aaltoliikkeen takia.

Valon seisovat aaltoliikkeet nanolangassa, niin kutsutut moodit, ovat nanolankojen erityinen piirre, jotka mahdollistavat tiettyjen valon aallonpituuksien tai erivärisen valon erittäin hyvän imeytymisen niissä. Samalla tavalla myös nanolankaledissä voidaan vahvistaa tuotetun valon pääsyä ulos rakenteesta.”

Millaisia sovelluksia on tulossa?

Kvanttioptiikassa voitaisiin valmistaa erityisiä yhden fotonin lähteitä, joilla olisi käyttöä kvanttilaskennassa. Yksi saavutus olisi saada nanolangat integroidun optiikan piireihin. Niissä piirin toiminta perustuu pelkästään valoon, ei sähköiseen signaaliin.

Pisimmälle on päästy aurinkokennojen ja ledien saralla. Euroopassa on jo muutamia yliopistojen spin-off -yrityksiä, jotka ovat onnistuneet saamaan rahoitusta tuotekehitykselleen. Ensimmäiset näistä tarjoavat jo nanolankatuotteita markkinoille. SolVoltaics tarjoaa aurinkokennotuotetta ja glo ledinäyttötuotetta, molemmat Ruotsin Lundista. Tästä pisteestä on kuluttajien taskuun ja näkyville jonkun verran vielä matkaa: ehkä ensi vuosikymmennellä voisi olla riittävän lavea lupaus.”