Οι εμπειρογνώμονες των μετα -υλικών δείχνουν έναν τρόπο να μειώσουν την αποτελεσματική μάζα των ηλεκτρονίων σχεδόν μηδέν

Τα μετα -υλικά είναι τεχνητά υλικά σχεδιασμένα για να έχουν ιδιότητες που δεν βρίσκονται στη φύση. Μία από τις πιο συναρπαστικές δυνητικές εφαρμογές των μετα -υλικών είναι η ικανότητα να ελέγχει την αποτελεσματική μάζα των ηλεκτρονίων. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια νέα γενιά ηλεκτρονικών συσκευών που είναι ταχύτερες, πιο αποτελεσματικές και πιο ισχυρές.

Σε μια νέα μελέτη, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Berkeley, έδειξαν έναν τρόπο να μειώσουν την αποτελεσματική μάζα των ηλεκτρονίων σε ένα μετα -υλικό για σχεδόν μηδέν. Αυτό έγινε με τη δημιουργία ενός μετα -υλικού με μια περιοδική σειρά μικροσκοπικών μεταλλικών ράβδων. Οι ράβδοι είναι διατεταγμένες με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργούν ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο που ωθεί τα ηλεκτρόνια στα μετα -υλικά προς το άλλο. Αυτή η αλληλεπίδραση μεταξύ των ηλεκτρονίων και του ηλεκτρικού πεδίου μειώνει την αποτελεσματική μάζα τους.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε μια νέα κατηγορία ηλεκτρονικών συσκευών που βασίζονται στον έλεγχο της ηλεκτρονικής αποτελεσματικής μάζας. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για διάφορες εφαρμογές, όπως τρανζίστορ υψηλής ταχύτητας, λέιζερ χαμηλής ισχύος και εξαιρετικά ευαίσθητους αισθητήρες.

Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Materials.

Πώς λειτουργεί;

Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα μετα -υλικό με μια περιοδική σειρά μικροσκοπικών μεταλλικών ράβδων. Οι ράβδοι είναι διατεταγμένες με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργούν ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο που ωθεί τα ηλεκτρόνια στα μετα -υλικά προς το άλλο. Αυτή η αλληλεπίδραση μεταξύ των ηλεκτρονίων και του ηλεκτρικού πεδίου μειώνει την αποτελεσματική μάζα τους.

Η αποτελεσματική μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι ένα μέτρο για το πόσο δύσκολο είναι να μετακινηθεί το ηλεκτρόνιο. Όσο χαμηλότερη είναι η αποτελεσματική μάζα, τόσο πιο εύκολο είναι να μετακινηθεί το ηλεκτρόνιο. Στο μετα -υλικό που δημιουργήθηκε από τους ερευνητές, η αποτελεσματική μάζα των ηλεκτρονίων μειώθηκε σε σχεδόν μηδέν. Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν πολύ εύκολα μέσω του μετα -υλικού.

Ποιες είναι οι πιθανές εφαρμογές;

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε μια νέα κατηγορία ηλεκτρονικών συσκευών που βασίζονται στον έλεγχο της ηλεκτρονικής αποτελεσματικής μάζας. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για διάφορες εφαρμογές, όπως:

* Τρανζίστορ υψηλής ταχύτητας:Τα τρανζίστορ είναι ηλεκτρονικοί διακόπτες που ελέγχουν τη ροή του ρεύματος σε ένα κύκλωμα. Η ταχύτητα ενός τρανζίστορ περιορίζεται από την αποτελεσματική μάζα των ηλεκτρονίων στο τρανζίστορ. Με τη μείωση της αποτελεσματικής μάζας των ηλεκτρονίων, είναι δυνατόν να γίνουν οι τρανζίστορ που είναι πολύ ταχύτερα.

* Λέιζερ χαμηλής ισχύος:Τα λέιζερ είναι συσκευές που εκπέμπουν φως. Η κατανάλωση ενέργειας ενός λέιζερ είναι ανάλογη με την αποτελεσματική μάζα των ηλεκτρονίων στο λέιζερ. Με τη μείωση της αποτελεσματικής μάζας των ηλεκτρονίων, είναι δυνατόν να γίνουν λέιζερ που καταναλώνουν λιγότερη ισχύ.

* Εξαιρετικά ευαίσθητοι αισθητήρες:Οι αισθητήρες είναι συσκευές που ανιχνεύουν αλλαγές στο περιβάλλον. Η ευαισθησία ενός αισθητήρα περιορίζεται από την αποτελεσματική μάζα των ηλεκτρονίων στον αισθητήρα. Με τη μείωση της αποτελεσματικής μάζας των ηλεκτρονίων, είναι δυνατόν να γίνουν οι αισθητήρες που είναι πιο ευαίσθητοι.

Συμπέρασμα

Τα ευρήματα των ερευνητών θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε μια νέα γενιά ηλεκτρονικών συσκευών που είναι ταχύτερες, πιο αποτελεσματικές και πιο ισχυρές. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από υπολογιστές υψηλής ταχύτητας έως χαμηλής ισχύος σε εξαιρετικά ευαίσθητους αισθητήρες.