Eindhovense ratelconstructie brengt elektrisch stroompje op gang

Onderzoekers van de TU Eindhoven hebben een ratelconstructie voor ladingsdragers gebruikt om een elektrisch stroompje op te wekken. De onderzoekers beschrijven hun werk in Nature Materials. Een ratel is een mechanisme waarbij beweging de ene kant op veel makkelijker gaat dan de andere kant op, zoals bij een fiets waar je wel vrij achteruit kan trappen, maar niet vooruit. De Eindhovenaren gebruiken een transistor met extra elektroden in de isolator om de ’tanden‘ van de ratel te vormen. In combinatie met drift en diffusie van de elektronen levert dat een netto stroom op, ook als er geen spanning tussen de source en drain staat.

Het idee van een ratelconstructie om een beweging één richting op gang te brengen, is niet nieuw en in feite vrij simpel. In biologische moleculaire systemen komt het veel voor. De auteurs tonen in een Youtube-filmpje het principe aan met een bak knikkers. Op de bodem zijn in de breedterichting asymmetrische zaagtanden aangebracht: de linkerkant is flauw, de rechterkant is stijl. De knikkers komen zonder veel moeite over de flauwe helling heen, maar terug gaat niet. Door de bak een beetje te schudden, ontstaat daardoor een nettobeweging van de knikkers één kant op.

In de Eindhovense schakeling worden deze zaagtanden nagebootst door twee sets elektroden in het diëlektricum van een verder reguliere veldeffecttransistor. Deze ’vingerelektroden‘ van de twee sets zijn om en om geplaatst en zitten asymmetrisch ten opzichte van elkaar (zie Figuur 1). Als nu de elektrodes uit een set negatief worden gemaakt, vormen ze barrières voor elektronen, als ze positief worden gemaakt vormen ze juist een aantrekkingspunt.