加利福尼亚大学圣地亚哥分校(加州大学圣地亚哥分校)的研究人员使用特殊设计的超材料创造了世界上第一个不使用半导体的微电子器件,功率激光光学控制使其导电率提高1000%以上。

据加州大学圣地亚哥分校团队介绍,由于受到限制,晶体管和其他常见半导体器件的导电性能有上限这是因为半导体的带隙(电子从材料中脱离并沿着传导路径流动所需的设定能量)意味着需要额外的能量来制造它们。电子流动。此外,半导体中电子的速度受到限制,因为当它们穿过材料时它们会与原子碰撞。

这些对电导率的限制是加州大学圣地亚哥分校的研究人员通过交换来消除的具有超材料的半导体,允许电子在开放空间中自由流动。

通常,将电子从材料移动到自由空间并不容易,需要施加至少100伏的电压,用高功率激光激发或加热到温度超过1000°F(538°C),所有这些在微型电子设备中都是相当不切实际的。

为了克服这种极端要求,团队使用了专门的表面,称为表面,设计一种微尺度器件,可以通过局部表面等离子体共振释放电子(基本上是在材料表面附近产生电场,提供低损耗的传导路径)。

由一系列金色蘑菇形纳米结构组成,安装在金条矩阵上,并在硅晶片顶部构建,二层二氧化硅将两层分开,表面产生“同时施加低DC电压(10伏以下)和低功率红外激光器时的高强度电场的热点。

这种电压和激光激发反过来产生足够的能量,使电子从超材料中释放出来,然后超材料可以自由地流过空间。如此之多,测试表明电导率发生了大于1,000%的变化。

“这意味着更多可用的电子用于操纵,”加州大学圣地亚哥分校项目前博士后研究员EbrahimForati表示。

正在看到超晶面在许多更微型的原型设备中,例如在超薄镜头中操纵光线的方式与传统光学器件相比,或者能够改变声音能量的无源声学吸声器不同于任何其他声学设备,因为它们能够机械地影响波长无需借助增加高功率电子元件的现象。

“这肯定不会取代所有半导体器件,但它可能是某些专业应用的最佳方法,例如作为非常高频或高功率的设备,“加州大学圣地亚哥分校应用电磁学研究小组负责人DanSievenpiper教授说。

这个特定的表面创建是为了证明-概念,而不是通用组件,所以团队他们认为,不同的表面必须针对其他设备和光化学和光催化等领域的可能用途进行定制,以及实现新型光伏器件。

“接下来我们需要了解这些设备可以扩展到多远以及它们的性能极限,”Sievenpiper说。

这项研究的结果最近发表在NatureCommunications杂志上。

下面的简短视频由加州大学圣地亚哥分校制作,以进一步解释这项研

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