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?

04.03.2021Vetyä ja ammoniakkia
03.03.2021Kierteinen valo vapauttaa tiedonsiirtoa
02.03.2021Kvanttiprosessori puolijohdetekniikalla
01.03.2021Analogialaskentaa verkon reunalle
26.02.2021Kaksi kubittia ja kvanttifysiikka uusiksi
25.02.2021Nanolangasta suprajohtava transistori
24.02.2021Suunnitelma vikasietoisille kubiteille
23.02.2021Kaksiulotteiset uusiin ulottuvuuksiin
22.02.2021Nopea vaihto puolijohde- ja metallitilojen välillä
19.02.2021Magneettien manipulointia atomien tasolla

Siirry arkistoon »