ΕΟι φοιτητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια του Σαν Ντιέγκο χρησιμοποιούσαν υλικά για την ανάπτυξη του κόσμου.'·Ο πρώτος ημιαγωγός-ελεύθερο, φως-ελεγχόμενη μικροηλεκτρονική συσκευή που διεγείρεται μόνο από χαμηλή-τάση, χαμηλή-Λέιζερ ισχύος.Η αγωγιμότητα είναι δέκα φορές υψηλότερη από τη συμβατική.Η τεχνολογία αυτή ευνοεί την κατασκευή ταχύτερων μικροηλεκτρονικών συσκευών υψηλότερης ισχύος και αναμένεται να παράγει πιο αποδοτικούς ηλιακούς συλλέκτες.

Οι επιδόσεις των υφιστάμενων συμβατικών μικροηλεκτρονικών συσκευών, όπως οι τρανζίστορ, περιορίζονται τελικά από τις επιδόσεις των συστατικών τους υλικών.Για παράδειγμα, η φύση του ίδιου του ημιαγωγού περιορίζει τη αγωγιμότητα ή τη ροή ηλεκτρονίων της συσκευής.Επειδή οι ημιαγωγοί έχουν-που ονομάζεται διάκενο ζώνης, αυτό σημαίνει ότι πρέπει να εφαρμοστεί κάποια εξωτερική ενέργεια για να προκληθεί το άλμα ηλεκτρονίων μέσα από το διάκενο ζώνης.Επιπλέον, η ταχύτητα των ηλεκτρονίων είναι επίσης περιορισμένη επειδή όταν τα ηλεκτρόνια περνούν μέσω του ημιαγωγού, πάντα συγκρούονται με άτομα μέσα στον ημιαγωγό.

Η Ομάδα Εφαρμοσμένων Ηλεκτρομαγνητών, υπό την ηγεσία του Dan Sievenpiper, καθηγητή ηλεκτρολογίας στο UC San Diego, διερεύνησε τους περιορισμούς της χρήσης διαστημικών ελεύθερων ηλεκτρονίων για επανάληψηe·ημιαγωγοί για την υπέρβαση των περιορισμών της παραδοσιακής ηλεκτρονικής.Ο Ebrahim Forati, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, είπε:"Και ελπίζουμε να το επιτύχουμε σε μικρό επίπεδο."

Ωστόσο, η διαδικασία έκλυσης ηλεκτρονίων από υλικά είναι δύσκολη.Η διαδικασία αυτή είτε απαιτεί την εφαρμογή υψηλής τάσης (τουλάχιστον 100 βολτ) και λέιζερ υπεριώδους ακτινοβολίας υψηλής ισχύος, είτε απαιτεί εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες (πάνω από 1000 βαθμούς Fahrenheit), γεγονός που δεν είναι πρακτικό σε ηλεκτρονικές συσκευές μικρονίων και νανοκλίμακας.

Εικόνα ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM) ενός ημιαγωγού-ελεύθερη μικροηλεκτρονική συσκευή (πάνω αριστερά) και η επιφανειακή επιφάνειά της Au (άνω δεξιά, κάτω)

Για να αντιμετωπίσει αυτή την πρόκληση, η ομάδα του West Piper σχεδίασε μια φωτογραφία-Μικρός απεσταλμένος-συσκευή που μπορεί να απελευθερώσει ηλεκτρόνια από το υλικό, και οι συνθήκες ελευθέρωσης είναι λιγότερο απαιτητικές.

Η διάταξη αποτελείται από υπόστρωμα πυριτίου, φράγμα διοξειδίου του πυριτίου, και μια κατασκευασμένη επιφάνεια πάνω από την οποία ονομάζεται"Μεταεπιφανής."Η επιφάνεια των γυαλιών αποτελείται από παράλληλες λωρίδες των συστοιχιών Au (χρυσό) και ένα μανιτάρι-Όπως η συστοιχία νανοδομής.

Η επιφάνεια Au Meta έχει σχεδιαστεί για να παράγει"καυτά σημεία"με υψηλή-ένταση ηλεκτρικών πεδίων κατά την εφαρμογή χαμηλής τάσης DC (μικρότερη από δέκα βολτ) και χαμηλής έντασης-Ενεργώντας με υπέρυθρα λέιζερ ταυτόχρονα.Αυτά"καυτά σημεία"Η ενέργεια είναι αρκετή για να"τράβηγμα"τα ηλεκτρόνια έξω από το μέταλλο, απελευθερώνοντας ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Τα αποτελέσματα της δοκιμής συσκευής δείχνουν ότι η αγωγιμότητά του αυξάνεται κατά δέκα φορές.Ο Ιμπραήμ είπε:"Αυτό σημαίνει ότι μπορείς να ελέγξεις περισσότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια."

Η Δυτική Πάιπερ είπε:"Φυσικά, αυτό δεν θα αντικαταστήσει όλες τις συσκευές ημιαγωγών, αλλά για ορισμένες συγκεκριμένες εφαρμογές, μπορεί να είναι η καλύτερη λύση, όπως συσκευές υψηλής συχνότητας ή υψηλής ισχύος."

Σύμφωνα με τους ερευνητές, ο τωρινός Au super-Η ανώτερη επιφάνεια είναι μόνο μια απόδειξη-του-Σχεδιασμός έννοιας.Για διάφορους τύπους μικροηλεκτρονικών συσκευών, διαφορετικά υπερ-συστήματα-Χρειάζονται σχέδια επιφανειών και βελτιστοποιήσεις.Ερευνητές αναφέρουν ότι το επόμενο βήμα είναι να κατανοήσουμε τη σκαλωσιμότητα αυτών των συσκευών και τους περιορισμούς της απόδοσής τους.

Εκτός από τις ηλεκτρονικές εφαρμογές, η ομάδα εξετάζει και άλλες εφαρμογές της τεχνολογίας, όπως το φωτοημισφαίριο, η φωτοτυπία κ.λπ., προκειμένου να επιτύχει νέες φωτοβολταϊκές συσκευές ή περιβαλλοντικές εφαρμογές.