Nopea vaihto puolijohde- ja metallitilojen välillä

22.02.2021

Max-Planck-nopea-vaihto-puoijohde-metalli-300-t.jpgErittäin lyhyet valovälähdykset muuttavat puolijohteen metalliksi vain 20 femtosekunnissa.

Ryhmä tutkijoita Max Planck Societyn Fritz Haber -instituutista ja Humboldt-Universität zu Berlinistä ovat huomanneet, että puolijohde voidaan muuntaa metalliksi ja takaisin valolla helpommin ja nopeammin kuin aiemmin ajateltiin. Tämä löytö voi lisätä prosessointinopeutta ja yksinkertaistaa monien yleisten teknisten laitteiden suunnittelua.

Nyt tutkittiin puolijohteista sinkkioksidia ja selvisi, että valaisemalla sitä laserilla puolijohdepinta voidaan muuttaa metalliksi - ja takaisin. Tämä "valodoping" saavutetaan valoheräteellä: Valo muuttaa elektronisia ominaisuuksia siten, että elektronit liikkuvat yhtäkkiä vapaasti ja sähkövirta voi virrata kuten metallissa. Kun valo on sammutettu, materiaali palaa nopeasti puolijohteeksi.

"Tämä mekanismi on täysin uusi ja yllättävä löytö", sanoo Lukas Gierster, tohtoriopiskelija Julia Stählerin ryhmässä. "Erityisesti kolme asiaa on yllättänyt meidät: Ensinnäkin fotoninen ja kemiallinen seos käyttäytyvät niin samanlaisina huolimatta siitä, että ne ovat pohjimmiltaan erilaisia mekanismeja; toiseksi, jättimäisiä muutoksia voidaan saavuttaa hyvin pienellä laserteholla; ja kolmanneksi, metallin kytkeminen päälle ja pois tapahtuu nopeasti."

Muunnos metalliksi kestää vain 20 femtosekuntia. Puolijohteen uudelleenmuodostuksen nopeus oli erityisen hämmästyttävä, koska se oli suuruusluokkaa nopeampi kuin aikaisemmissa tutkimuksissa. Toisin sanoen valo on ultranopea kytkin, jolla on voima muuttaa sinkkioksidin puolijohtavat ominaisuudet metallikäyttäytymiseksi palautuvasti.

Tämä löytö voi olla erittäin hyödyllinen suurtaajuuksisille laitesovelluksille ja ultranopeille optisesti ohjatuille transistoreille lisäämällä prosessointinopeutta ja yksinkertaistamalla laitesuunnittelua.

"Gadgeteistamme voi tulla nopeampia - ja siten älykkäämpiä", sanoo ryhmän vetäjä Julia Stähler ja lisää: "Pienitehoinen, ultranopea johtavuusominaisuuksien vaihtaminen tarjoaa meille nopeutta ja suunnittelun joustavuutta."

Hän ja hänen ryhmänsä ovat vakuuttuneita siitä, että sama pätee myös muihin puolijohtaviin materiaaleihin, joten heidän löytönsä todennäköisesti ulottuu paljon pidemmälle kuin vain sinkkioksidiin.

Aiheesta aiemmin:

Uusia materiaaliominaisuuksia elektroniikalle

Johtaavai eristää? Siinäpä kysymys?

02.08.2021Laser ja mikrokampa samalle sirulle
30.07.2021Australialaistutkijat kehittivät kvanttimikroskoopin
29.07.2021Fotonit ja magnonit kaveraavat
19.07.2021Kvanttiaskel lämpökytkimelle
08.07.2021Lämpöaaltoja puolijohdemateriaalissa
25.06.2021Kvanttipisteet voivat "puhua" keskenään
24.06.2021Metamateriaaleja tulostustekniikalla
23.06.2021Kohti topologisia suprajohteita
22.06.2021Uusia ominaisuuksia moiré-superhiloissa
21.06.2021Valoa ja elektroneja antiferromagneeteille

Siirry arkistoon »