根据老派物理学，等离子体不应该在小于5微米的带电气隙中形成。但确实如此。纳米科学仍有一些惊喜，包括一种基于等离子体的设备洛桑联邦理工学院工程师（EPFL）现在已经确认转换速度超过了我们所知的任何速度。事实上，他们仍然不知道它的转换速度有多快，因为没有直接测量它的设备。
EPFL的工程师们测量到的是一个开关，可以在皮秒内从0千瓦变为15.1千瓦。（皮秒是百万分之一秒的百万分之一，或者说光传播三分之一毫米所需的时间。）更好的是，与任何其他能够达到这种性能的设备不同，纳米等离子体开关可以构建在芯片上，还可以包含其他需要的东西，用于理想的电路，例如太赫兹未来发射机6克手机。
纳米等离子体开关是一种简单的双端设备。它基本上是由空气间隙隔开的基板上的两个金属电极。一旦间隙上的电压超过特定阈值，电荷就会跃过，形成导电等离子体。等离子体出现的确切原因仍然有点神秘。
“我们测量了5皮秒。但可能是1皮秒或100飞秒……”
在一个远大于5微米的气隙中，当电场加速一个电子时，就会形成等离子体，然后电子会破碎成气体分子，释放出更多的电子，这些电子会加速并破碎更多，最终膨胀成雪崩般的电流。但在较短的距离内，情况并非如此。A类n个电子在空气中的“平均自由程”是大约5微米。这意味着，平均而言，一个电子在其行程中只会每隔5微米撞上一个分子。
“这些设备在空气中的平均自由路径下工作，”他说穆罕默德·萨米扎德·尼科，大学研究生实验室属于埃里森·马蒂奥利。在如此小的间隙中，成吨的电子以弹道方式运动，没有干扰，无法抵抗或偏转电子。“热电子和空气之间几乎没有相互作用，”他说。
在本月的研究报告中电子器件快报Nikoo、Matioli和同事测试了纳米等离子体开关在“脉冲功率”应用中的能力。在这些情况下，你需要提供巨大但实际上是瞬间爆发的能量，而不是稳定的流量。这在触发核弹之类的事情上很有用，发射轨道炮，或可逆地打开细胞中的孔以提供治疗药物EPFL团队在脉冲产生电路中嵌入间隙小至5微米的开关。他们测量到电压上升速度高达每纳秒14千伏，输出电压为870伏，峰值电流为17.4安培，功率为15.1千瓦。
间隙尺寸为g的微型或纳米等离子体开关的结构示意图。Ilustration：图像：功率和宽带ap电子研究实验室
除了脉冲功率应用，开关的芯片级特性是其最重要的方面之一。太赫兹发射机和超宽带发射器等电路由于连接其组件的电路板中的寄生电容和电感而降低效率。如果这些可以集成在芯片上，那么这些寄生虫就会消失。因为纳米间隙开关只是绝缘体上的金属，它可以与天线等其他组件集成在芯片上。
在去年的研究报告中自然EPFL团队就是这样做的，将开关与弓形天线集成在一起，以产生近太赫兹（109-GHz）的信号。Samizadeh Nikoo和Matioli表示，他们正致力于演示大规模生产的全金属集成系统。
你可能会说，如果芯片级集成是你追求的，那么使用半导体开关可能会更好。但马蒂奥利表示，纳米等离子体技术“比任何典型的半导体设备都快得多”。由于电容、最大电子速度和临界电场强度但EPFL测量到的纳米等离子体开关能够达到每皮秒至少12伏的电压。
直接测量纳米等离子体开关的工作速度可能暂时无法实现。纳米等离子体速度记录是由来自钥匙瞄准器把一个110 GHz的演示示波器带到马蒂奥利的实验室三个小时。但即使是那个仪器也不够快。
Samizadeh Nikoo说：“我们测量了5皮秒。但可能是1皮秒或100飞秒”或更快。
