_ Valorificarea electricității la scară nanometrică alimentată de lumină curenții pentru a propulsa tehnologiile emergente

Arhitecturile microelectronice tradiționale, cu tranzistori pentru a controla curenții electrici de-a lungul firelor, alimentează orice, de la computere avansate la dispozitive de zi cu zi.

Dar cu circuitele integrate care oferă randamente descrescătoare în În termeni de viteză și adaptabilitate, oamenii de știință de la Laboratorul Național Los Alamos dezvoltă sisteme bazate pe lumină la scară nanometrică care ar putea oferi progrese pentru microelectronica ultrarapidă, detectarea în infraroșu la temperatura camerei (de exemplu, vederea pe timp de noapte) și o mare varietate de aplicații tehnologice.

„Majoritatea tehnologiilor moderne, de la computere la aplicații precum recoltarea de energie, sunt construite pe capacitatea de a împinge electronii”, a spus Jacob Pettine, fizician Los Alamos la Centrul pentru Nanotehnologii Integrate (CINT). „Dar modul în care controlăm acest flux de încărcare rămâne foarte limitat de materialele și structurile convenționale.”

Așa cum este descris într-un articol tocmai publicat în Nature, echipa de cercetare a proiectat și fabricat structuri de aur asimetrice, de dimensiuni nanometrice. un strat subțire atomic de grafen. Structurile de aur sunt denumite „nanoantene” pe baza modului în care captează și concentrează undele luminoase, formând „puncte fierbinți” optice care excită electronii din grafen. Doar electronii grafenului aflati foarte aproape de punctele fierbinți sunt excitați, restul grafenului rămânând mult mai puțin excitat.

Echipa de cercetare a adoptat o formă de lacrimă de nanoantene de aur, unde ruperea simetriei inversării definește o direcționalitate. de-a lungul structurii. Punctele fierbinți sunt situate numai la vârfurile ascuțite ale nanoantenelor, ceea ce duce la o cale pe care electronii fierbinți excitați curg cu direcționalitate netă - un curent de încărcare, controlabil și reglabil la scara nanometrică prin excitarea diferitelor combinații de puncte fierbinți.

„Aceste metasuprafețe oferă o modalitate ușoară de a controla amplitudinea, locația și direcția punctelor fierbinți și a curentului de încărcare la scară nanometrică cu o viteză de răspuns mai mare decât o picosecundă”, a spus Hou-Tong Chen, om de știință la CINT, care supraveghează cercetarea. . „Apoi vă puteți gândi la funcționalități mai detaliate.”

Demonstrația conceptuală din aceste metasuprafețe optoelectronice are o serie de aplicații promițătoare. Curentul de încărcare generat poate fi utilizat în mod natural ca semnal pentru fotodetecție, deosebit de important în regiunea infraroșu cu lungimi de undă lungi. Sistemul poate servi ca sursă de radiații terahertzi, utilă într-o gamă largă de aplicații, de la comunicații fără fir de viteză ultra-înaltă până la caracterizarea prin spectroscopie a materialelor. Sistemul ar putea oferi, de asemenea, noi oportunități pentru controlul nanomagnetismului, în care curenții specializați pot fi proiectați pentru câmpuri magnetice adaptabile, la scară nanometrică.

Noua capacitate se poate dovedi, de asemenea, importantă pentru procesarea ultrarapidă a informațiilor, inclusiv calcul și microelectronică. Capacitatea de a utiliza impulsurile laser și metasuprafețele pentru circuite adaptive ar putea permite trimiterea unor arhitecturi electronice și computere bazate pe tranzistori mai lente și mai puțin versatile. Spre deosebire de circuitele convenționale, câmpurile de lumină structurate adaptive ar putea oferi posibilități de proiectare complet noi.

„Aceste rezultate pun bazele pentru modelarea versatilă și controlul optic asupra curenților la scară nanometrică”, a spus Pettine. „Împreună cu aplicațiile valoroase din laborator, metasuprafețele vectoriale pot permite progrese în multe domenii tehnologice diferite.”

(Fluierul)