Fysikere forvandler en krystal til et elektrisk kredsløb

Washington State University fysikere har fundet en måde at skrive et elektrisk kredsløb ind i en krystal, åbner mulighed for gennemsigtighed, tredimensionel elektronik, der, som en Etch A Sketch, kan slettes og omkonfigureres.

Arbejdet, vises i online-journalen Videnskabelige rapporter , fungerer som et proof of concept for et fænomen, som WSU-forskere først opdagede ved et uheld for fire år siden. På det tidspunkt, en ph.d.-studerende fandt en 400-dobling af en krystals elektriske ledningsevne blot ved at lade den blive udsat for lys.

Matt McCluskey, en WSU-professor i fysik og materialevidenskab, har nu brugt en laser til at ætse en streg i krystallen. Med elektriske kontakter i hver ende af ledningen, den førte en strøm.

"Det åbner op for en ny type elektronik, hvor du kan definere et kredsløb optisk og derefter slette det og definere et nyt, " sagde McCluskey. "Det er spændende, at det kan omkonfigureres. Det er også gennemsigtigt. Der er visse applikationer, hvor det ville være pænt at have et kredsløb, der er på et vindue eller sådan noget, hvor det faktisk er usynlig elektronik."

Normalt, en krystal leder ikke elektricitet. Men når krystalstrontiumtitanatet opvarmes under de rigtige ledninger, den er ændret, så lys vil gøre den ledende. Fænomenet, kaldet "vedvarende fotokonduktivitet, " forekommer også ved stuetemperatur, en forbedring i forhold til materialer, der kræver afkøling med flydende nitrogen.

"Vi forsøger stadig at finde ud af præcis, hvad der sker, " sagde McCluskey. Han antager, at varme tvinger strontiumatomer til at forlade materialet, skabe lysfølsomme defekter, der er ansvarlige for den vedvarende fotoledningsevne.

McCluskeys seneste arbejde øgede krystallens ledningsevne 1, 000 gange. Fænomenet kan vare op til et år.

"Vi ser på prøver, som vi udsatte for lys for et år siden, og de udfører stadig, " sagde McCluskey. "Det bevarer muligvis ikke 100 procent af sin ledningsevne, men det er ret stort."

I øvrigt, kredsløbet kan slettes ved at opvarme det på en varmeplade og omstøbes med en optisk pen.

"Det er en Etch A Sketch, " sagde McCluskey. "Vi har gjort det et par cyklusser. En anden teknisk udfordring ville være at gøre det tusindvis af gange."

Forskningen blev finansieret af National Science Foundation. Medforfattere på papiret er tidligere studerende Violet Poole og Slade Jokela.

Arbejdet er i overensstemmelse med WSU's Grand Challenges, en række initiativer, der sigter mod at løse store samfundsproblemer. Det er særligt relevant for udfordringen med Smart Systems og dets tema om grundlæggende og nye materialer.