EI tecnici dell'Università della California San Diego usavano i metamateriali per sviluppare il mondo's primo semiconduttore-libero, leggero-dispositivo microelettronico controllato che era solo eccitato da basso-tensione, bassa-laser elettrici.La conduttività è dieci volte superiore a quella convenzionale.Questa tecnologia è favorevole alla produzione di dispositivi microelettronici più veloci e ad alta potenza e si prevede di produrre pannelli solari più efficienti.

Le prestazioni dei dispositivi microelettronici tradizionali esistenti, come i transistor, sono in ultima analisi limitate dalle prestazioni dei loro materiali costituenti.Ad esempio, la natura del semiconduttore stesso limita la conduttività o il flusso di elettroni del dispositivo.Perché i semiconduttori hanno un-chiamato gap a banda, questo significa che alcune energie esterne devono essere applicate per far saltare gli elettroni attraverso il gap di banda.Inoltre, la velocità degli elettroni è limitata anche perché quando gli elettroni passano attraverso il semiconduttore, si scontrano sempre con gli atomi all'interno del semiconduttore.

Il Gruppo Elettromagnetico Applicato, guidato da Dan Sievenpiper, professore di ingegneria elettrica a UC San Diego, ha esplorato i limiti di utilizzare gli elettroni liberi nello spazio per riprodurreesemiconduttori per superare i limiti dell'elettronica tradizionale.Ebrahim Forati, il primo autore dello studio, ha detto:"E speriamo di riuscirci a livello micro."

Tuttavia, il processo di rilascio degli elettroni dai materiali è impegnativo.Questo processo richiede l'applicazione di un'alta tensione (almeno 100 volts) e di un laser UV ad alta potenza, o richiede temperature estremamente elevate (oltre 1000 gradi Fahrenheit), che è impraticabile sui dispositivi elettronici micron e nanoscala.

Scansione microscopio elettronico (SEM) immagine di un semiconduttore-dispositivo microelettronico libero (in alto a sinistra) e la sua superficie superficiale (in alto a destra, in basso)

Per affrontare questa sfida, il team di West Piper ha progettato una foto-micro emissivo-dispositivo che può rilasciare elettroni dal materiale, e le condizioni di rilascio sono meno esigenti.

Il dispositivo è costituito da un substrato di silicio, da una barrier a al silicio, e da una superficie ingegnerizzata sopra la quale si chiama"metaurface."La superficie degli occhiali è costituita da una striscia parallel a di Au (oro) array e un fungo-Come l'Au nanostruttura li'sopra.

La superficie Au Meta è progettata per produrre"hot spot"con alto-intensità dei campi elettrici quando si applica a bassa tensione DC (meno di dieci volt) e bassa-laser ad infrarossi contemporaneamente.Questi"hot spot"L'energia è sufficiente per"Tira"gli elettroni fuori dal metallo, rilasciando elettroni liberi.

I risultati delle prove dei dispositivi mostrano che la sua conducibilità è aumentata di dieci volte.Ibrahim disse:"Questo significa che è possibile controllare più elettroni liberi."

Piper Occidentale ha detto:"Naturalmente, questo non sostituirà tutti i dispositivi a semiconduttori, ma per alcune applicazioni specifiche, questa potrebbe essere la soluzione migliore, come ad esempio dispositivi ad alta frequenza o ad alta potenza."

Secondo i ricercatori, l'attuale au super-Superficie superiore è solo una prova-di-concept design.Per diversi tipi di dispositivi microelettronici, diversi super-Sono necessari disegni di superficie e ottimizzazioni.I ricercatori dicono che il prossimo passo è comprendere la scalabilità di questi dispositivi e i limiti delle loro prestazioni. ”

Oltre alle applicazioni elettroniche, il team sta esplorando altre applicazioni della tecnologia, come fotochimica, fotocatalisi, ecc., per realizzare nuovi dispositivi fotovoltaici o applicazioni ambientali.