用于处理超高速无线数据并采集电量的装置：

美研究人员研发单向电子通道

美国北卡罗来纳大学教堂山分校（University of North Carolina at Chapel)的研究人员制作出一条电子单向通道，通过这种方式，可以使设备有能力处理超高速无线数据，并同时采集电量。研究人员在只有使用显微镜才可见的极小尺度上加工成形硅，在其上生成电子通道（类似单向间歇运动棘轮机构中的“棘轮”）。

以往所采用的技术容易减缓装置速度，通过去除接口连接，研究人员克服了以往技术上存在的速度限制问题。北卡罗来纳大学教堂山分校艺术与科学学院（College Arts & Sciences)攻读博士学位的小詹姆斯·卡斯特(Jame Custer Jr.)说，“工作令人兴奋，因为未来类似低功率智能手表的电子产品有可能根据所接收到的数据实现无线充电，而无需将其从佩戴者从手腕上取下”。

上述这些成果发表在2020年04月10日出版的美国《科学》杂志上。卡斯特是第一作者，他与杜克大学和范德比尔特大学的合作者共同工作。

电子承载电流，通常它们并不关注电流于其中流动的导线的形状。但是，当事物变得非常小的时候，形状就开始变得重要了。这里所述的电子通道极其小，比一般的导线小100多万倍。因此，通道中的电子就像台球一样，可以不受约束地在通道表面弹跳。不对称的通道表面会造成电子优先在一个方向上弹跳。其结果是，电子会被迫沿着一个单向通道流动。

在直流（DC)电压作用下，较之反向运动，电子通道使电流更易于向前流动，生成电子二极管。当采用交流电（AC)时，这种结构仍只允许通道内的电流朝向一个方向流动,其象棘轮一样动作，造成电子在一侧的累积。这个过程就如同一把套筒扳手，利用棘轮结构，操纵作用力只在一个方向上产生物理运动。

    研究结果表明，这些电子“棘轮”可以生成“几何二极管”。所生成的“二极管”在室温下工作，并且可以在虚假（illusive)的太赫兹领域中释放出前所未有的能力。

化学副教授詹姆斯·卡霍恩说，“电子二极管是组成电子器件的基本元件，我们的研究结果表明，高频下工作的二极管的设计可能存在一个完全不同的模式”。卡霍恩是论文的通讯作者，是该研究小组的负责人。“之所以能够获得这些结果，是因为我们采用合成方法制造几何精确的单晶材料，自下而上地生长出这种结构”。

这些电子“棘轮”的生成采用了卡霍恩小组之前开发的称之为ENGRAVE的工艺。“ENGRAVE”的英文全称为“Encoded Nanowire Growth and Appearance through VLS and Etching”，中文意为“采用超大规模（VLS）和蚀刻工艺的编码纳米线生长和成形技术”。“ENGRAVE”技术使用汽-液-固结工艺，通过化学方法，生长出几何形状精确的单晶硅圆筒——“纳米线”。

卡斯特说，“这个领域的很多工作都是使用昂贵的材料在低温环境下完成的，但我们的工作明确表明，使用相对便宜的硅制成的“几何二极管”可以在室温下运行，这让我们甚至在工作一开始就感到意外”；“我们希望我们的研究结果能引发人们对“几何二极管”的强烈兴趣”。

二极管是所有技术的基础，通过二极管计算机可以将信号编码成1或0的方式来处理数据。传统上，二极管材料间（如，n型半导体和p型半导体之间；或半导体和金属之间）存在界面。与此相反，“几何二极管”则是由一种单一材料构成的，只是简单地利用形状优先向一个方向引导电荷。

随着不断发展，纳米线电子棘轮有望为新技术对高速、单向的要求创造条件。

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