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.

(22.2.2021) 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?

21.04.2021Fotoninen MEMS-kytkin kaupallistuu
20.04.2021Kaksiulotteista suprajohtavuutta kolmiulotteisessa suprajohteessa
19.04.2021Valoa läpi kannon ja kiven
16.04.2021Grafeeni ja terahertsit
15.04.2021Eksotiikkaa maagisen kulman grafeenissa
14.04.2021Uusi näkemys akkumateriaalin roolista
13.04.2021Alumiinianodi tarjoaa kestävän vaihtoehdon
12.04.2021Maailman nopein spintroninen p-bitti
09.04.2021Kohti atomipohjaista radioviestintää
08.04.2021Antiferromagneettinen läpimurto

Siirry arkistoon »