Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han fabricado el primer dispositivo microelectrónico controlado ópticamente y sin semiconductores. Utilizando metamateriales, los ingenieros pudieron construir un dispositivo a microescala que muestra un aumento del 1,000 por ciento en la conductividad cuando se activa por bajo voltaje y unláser de baja potencia.
El descubrimiento allana el camino para dispositivos microelectrónicos que son más rápidos y capaces de manejar más energía, y también podrían conducir a paneles solares más eficientes. El trabajo fue publicado el 4 de noviembre en Comunicaciones de la naturaleza .
Las capacidades de los dispositivos microelectrónicos existentes, como los transistores, están limitadas en última instancia por las propiedades de sus materiales constituyentes, como sus semiconductores, dijeron los investigadores.
Por ejemplo, los semiconductores pueden imponer límites a la conductividad o al flujo de electrones de un dispositivo. Los semiconductores tienen lo que se llama una banda prohibida, lo que significa que requieren un impulso de energía externa para que los electrones fluyan a través de ellos. Y la velocidad de los electrones es limitada, ya que los electroneschocan constantemente con los átomos a medida que fluyen a través del semiconductor.
Un equipo de investigadores del Applied Electromagnetics Group dirigido por el profesor de ingeniería eléctrica Dan Sievenpiper en UC San Diego buscó eliminar estos obstáculos a la conductividad reemplazando semiconductores con electrones libres en el espacio. "Y queríamos hacer esto a microescala".dijo Ebrahim Forati, ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Sievenpiper y primer autor del estudio.
Sin embargo, la liberación de electrones de los materiales es un desafío. Requiere aplicar altos voltajes al menos 100 voltios, láseres de alta potencia o temperaturas extremadamente altas más de 1,000 grados Fahrenheit, que no son prácticas en electrónica micro y nanoescala.dispositivos.
Para abordar este desafío, el equipo de Sievenpiper fabricó un dispositivo a microescala que puede liberar electrones de un material sin requisitos tan extremos. El dispositivo consiste en una superficie diseñada, llamada metasuperficie, sobre una oblea de silicio, con una capa de dióxido de silicioen el medio. La metasuperficie consiste en una serie de nanoestructuras de oro en forma de hongo en una serie de tiras de oro paralelas.
La metasuperficie dorada está diseñada de modo que cuando se aplican un voltaje de CC bajo menos de 10 voltios y un láser infrarrojo de baja potencia, la metasuperficie genera "puntos calientes", puntos con un campo eléctrico de alta intensidad, que proporcionan suficienteenergía para sacar electrones del metal y liberarlos en el espacio.
Las pruebas en el dispositivo mostraron un cambio de 1,000 por ciento en la conductividad. "Eso significa más electrones disponibles para la manipulación", dijo Ebrahim.
"Esto ciertamente no reemplazará a todos los dispositivos semiconductores, pero puede ser el mejor enfoque para ciertas aplicaciones especializadas, como frecuencias muy altas o dispositivos de alta potencia", dijo Sievenpiper.
Según los investigadores, esta metasuperficie en particular fue diseñada como una prueba de concepto. Se deberán diseñar y optimizar diferentes metasuperficies para diferentes tipos de dispositivos microelectrónicos.
"A continuación, debemos comprender hasta qué punto se pueden escalar estos dispositivos y los límites de su rendimiento", dijo Sievenpiper. El equipo también está explorando otras aplicaciones para esta tecnología además de la electrónica, como la fotoquímica, la fotocatálisis, que permiten nuevos tipos de energía fotovoltaicadispositivos o aplicaciones ambientales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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