Sciencemag.cz
Doporučujeme
Speciální zařízení dokáže přepínat vodivost bez použití polovodičů, namísto nich hrají klíčovou roli metamateriály, respektive zlaté metapovrchy. Elektronika postavená na těchto principech by mohla být energeticky nenáročná a pracovat při vysokých frekvencích.
Přepínat v zařízení vodivost až o 1 000 % umožňuje nízké vnější napětí a málo výkonný laser (jde tedy o opticky řízený systém). Příslušný výzkum byl proveden na University of California San Diego a jeho výsledky publikovány v Nature Communications.
Proč vlastně chtít polovodiče nahrazovat? Jejich základní vlastnosti omezují i parametry elektroniky: především překonání zakázaného pásu vyžaduje energii. Omezená je i rychlost pohybu elektronů přes pevný materiál, protože elektrony se srážejí s atomy krystalové mřížky.
Dan Sievenpiper a jeho kolegové z University of California San Diego proto přišli s novým konceptem, kdy se elektrony pohybují volným prostorem (tedy to trochu připomíná vakuovou elektroniku). Zatím bylo vše demonstrováno ovšem pouze na mikroúrovni, otázkou je samozřejmě škálovatelnost nebo i další miniaturizace – i když se dá mluvit o nanotechnologiích, použité měřítko ukazuje, že vše je spíše o úroveň výš.
Jak vůbec elektrony z materiálů uvolňovat? Obecně to vyžaduje buď vysoké vnější napětí nebo výkonné lasery nebo vysoké teploty; to všechno je elektroniku (nebo alespoň běžnou elektroniku) vysloveně nepraktické. Řešením má být speciálně upravený povrch (metasurface). Spodní část představuje křemíková destička, na ní je mezivrstva oxidu křemičitého a samotnou aktivní vrstvu tvoří zlato, nanostruktura je formě paralelně běžících pásků, z nichž vyrůstá cosi připomínající houbové hlavičky či židle (viz obrázek, zobrazení struktury pomocí STM mikroskopie).
Zlatý povrch pak lze aktivovat pouze malým vnějším napětím (10 V) a nízkoenergetickým infračerveným laserem. Tímto způsobem kolem zlata vnikne elektromagnetické pole o dostatečné intenzitě, aby z kovu (Poznámka: z příslušného zlata nebo nějaké jiné kovové vrstvičky k tomu přiložené? Z níže přiloženého videa vyplývá první verze.) vytrhávalo elektrony. Vnější zapnutí pak zvýší vodivost materiálu až 1000krát.
Takto lze tedy vytvořit např. tranzistor nebo senzor. Příslušný princip by se podle autorů výzkumu mohl uplatnit u zařízeních vyžadujících vysoké frekvence, kromě vlastní elektroniky pak uvádějí fotovoltaiku a fotochemii/fotokatalýzu. Použitý povrch byl navíc určen pouze pro demonstraci základního principu, pro konkrétní účely by se navrhovaly další speciální struktury.
Zdroj: Phys.org
Demonstrační video na YouTube
