E Engineers van de Universiteit van Californië San Diego gebruikten metamaterialen om de wereld te ontwikkelen, de eerste halfgeleider-vrije, licht-beheerste micro-elektronische apparatuur die alleen opgewonden was door laagspannings, laagkrachtige lasers.De geleidbaarheid is tien keer hoger dan de conventionele.Deze technologie is bevorderlijk voor de vervaardiging van snellere, hogere kracht microelektronische apparaten en wordt verwacht dat het produceren van efficiëntere zonnepanelen.

De prestaties van bestaande conventionele microelektronische apparaten, zoals transistors, worden uiteindelijk beperkt door de prestaties van hun samenstellende materialen.Zo beperkt de aard van de halfgeleider zelf de geleidbaarheid of de elektronenstroom van het apparaat.Omdat halfgeleiders een zogenaamde bandkloof hebben, betekent dit dat sommige externe energie moet worden toegepast om ervoor te zorgen dat elektronen door de bandkloof springen.Bovendien is de elektronensnelheid ook beperkt omdat wanneer elektronen door de halfgeleider gaan, ze altijd botsen met atomen in de halfgeleider.

De Applied Electromagnetics Group, onder leiding van Dan Sievenpiper, een professor in elektrotechniek op UC San Diego, verkende de beperkingen van het gebruik van ruimte vrije elektronen om de beperkingen van traditionele elektronica te herbeginnen.Ebrahim Forati, de eerste auteur van de studie, zei: " En we hopen het op microniveau te bereiken. "

Echter, het proces van het vrijkomen van elektronen uit materialen is uitdagend.Dit proces vereist ofwel de toepassing van een hoge spanning (ten minste 100 volt) en een hoge stroom UV laser, of vereist extreem hoge temperaturen (meer dan 1000 graden Fahrenheit), die onpraktisch is op micron en nanoschaal elektronische apparaten.

Scanning van een elektronenmicroscoop (SEM) beeld van een halfgeleider-vrij microelectronisch apparaat (links boven) en het Au oppervlakkige oppervlak (boven rechts, beneden)

Om deze uitdaging aan te kunnen, ontwierp het West Piper-team een fotoemissieerend micro-apparaat dat elektronen uit het materiaal kan bevrijden, en de release voorwaarden zijn minder veeleisend.

Het apparaat bestaat uit een siliciumsubstraat, een siliciumdioxide-barrière, en een bewerkt oppervlak dat een " metaoppervlakte. " Het oppervlak van de brillen bestaat uit een parallelle strook Au (goud) arrays en een paddestoel-achtige Au nanostructure array daarop.

Het Au Meta oppervlak is ontworpen om te produceren " hot spots " met elektrische velden van hoge intensiteit bij het gelijktijdig toepassen van DC-laagspanning (minder dan 10-volt) en infrarood-lasers met laag vermogen.Deze " hot spots " De energie is genoeg om " trekken " de elektronen uit het metaal, waardoor vrije elektronen vrijkomen.

Uit de testresultaten van de apparatuur blijkt dat de geleidbaarheid met tien keer wordt verhoogd.Ibrahim zei: " Dit betekent dat je meer vrije elektronen kunt controleren. "

Western Piper zei: " Dit zal natuurlijk niet alle halfgeleiderelementen vervangen, maar voor sommige specifieke toepassingen, kan dit de beste oplossing zijn, zoals hoge frequentie of hoge energie-apparaten. "

Volgens de onderzoekers is het huidige Au supersuperieure oppervlak slechts een bewijs van concept ontwerp.Voor verschillende soorten micro-elektronische apparaten zijn verschillende superoppervlakteontwerpen en optimalisaties nodig.Onderzoekers zeggen dat de volgende stap is om de schaalbaarheid van deze apparaten en de beperkingen van hun prestaties te begrijpen.kop-8221;

Naast elektronische toepassingen, onderzoekt het team andere toepassingen van de technologie, zoals fotochemie, fotoatalyse, enz., om nieuwe fotovoltaïsche apparaten of milieu-toepassingen te bereiken.