Первое электронное устройство не на полупроводниках

C помощью специально созданных материалов ученые из Университета Калифорнии в Сан-Диего создали первое в мире электронное устройство, не содержащее ни единого полупроводника. Но при этом с помощью маломощных оптических лазеров им удалось изменить электрическую проводимость элементов более чем на 1000 %. То есть создать оптические аналоги полупроводниковых ключей.

Традиционные полупроводниковые транзисторы и диоды в больших и малых интегральных схемах не могут в больших пределах менять свою проводимость из-за физических особенностей самих полупроводников. Это связано с наличием так называемой «запрещенной зоны», ширина которой обуславливает использование дополнительной энергии для того чтобы создать поток электронов. Эта энергия необходима свободным заряженным частицам чтобы преодолеть силу, противодействующую их свободному перемещению по материалу.

Ученые из Сан-Диего решили в корне изменить состав электронного компонента, создав его из метаматериала, который позволяет электронам свободно перемещаться в свободном пространстве. Для этого разработчики использовали эффект плазмонного резонанса – возбуждение поверхностного слоя материала под действием электрического поля, за счет которого возможно свободное перемещение частиц с очень низкими потерями энергии на преодоление противодействующих сил. Для этого пришлось использовать маломощные инфракрасные лазеры, то есть, по сути, перейти к оптоэлектронике.

Новое электронное устройство состоит из массива золотых грибовидных наноструктур, смонтированных на одной плоскости и представляющих собой некую матрицу. Весь массив находится на кремниевой пластине. Так что, полупроводник все же есть, но он выполняет самые минимальные функции – обычной подложки.

При помощи инфракрасного лазера, как показали испытания, можно создавать такое количество энергии на поверхности метаматериала, чтобы его хватало для свободного перемещения электронов. При этом ученые подсчитали, что путем включения и выключения лазера проводимость можно менять на 1000% как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. Другими словами отдельные элементы нового электронного устройства могут работать намного эффективнее традиционных полупроводниковых управляемых ключей.

Похожие метаматериалы используются в самых разнообразных новых разработках, связанных с оптикой и электроникой. Есть прототипы ультратонких линз, способных «манипулировать» светом, различные звуковые устройства, способные перенаправлять звуковые волны путем механического воздействия на них и многое другое.

Источник информации: Университет Калифорнии в Сан-Диего (http://jacobsschool.ucsd.edu/)