Metamateriale-eksperter viser en måde at reducere elektronernes effektive masse næsten nul

Metamaterialer er kunstige materialer konstrueret til at have egenskaber, der ikke findes i naturen. En af de mest spændende potentielle anvendelser af metamaterialer er evnen til at kontrollere den effektive masse af elektroner. Dette kan føre til en ny generation af elektroniske enheder, der er hurtigere, mere effektive og mere kraftfulde.

I et nyt studie har forskere fra University of California, Berkeley, vist en måde at reducere den effektive masse af elektroner i et metamateriale til næsten nul. Dette blev gjort ved at skabe et metamateriale med en periodisk række af små metalstænger. Stængerne er arrangeret sådan, at de skaber et stærkt elektrisk felt, der skubber elektronerne i metamaterialet mod hinanden. Denne interaktion mellem elektronerne og det elektriske felt reducerer deres effektive masse.

Forskerne mener, at deres resultater kan føre til en ny klasse af elektroniske enheder, der er baseret på kontrol af elektroneffektiv masse. Disse enheder kan bruges til en række forskellige applikationer, såsom højhastighedstransistorer, laveffektlasere og ultrafølsomme sensorer.

Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Nature Materials.

Hvordan virker det?

Forskerne skabte et metamateriale med en periodisk række små metalstænger. Stængerne er arrangeret sådan, at de skaber et stærkt elektrisk felt, der skubber elektronerne i metamaterialet mod hinanden. Denne interaktion mellem elektronerne og det elektriske felt reducerer deres effektive masse.

Den effektive masse af en elektron er et mål for, hvor svært det er for elektronen at bevæge sig. Jo lavere den effektive masse er, jo lettere er det for elektronen at bevæge sig. I metamaterialet skabt af forskerne blev elektronernes effektive masse reduceret til næsten nul. Det betyder, at elektronerne meget let kan bevæge sig gennem metamaterialet.

Hvad er de potentielle applikationer?

Forskerne mener, at deres resultater kan føre til en ny klasse af elektroniske enheder, der er baseret på kontrol af elektroneffektiv masse. Disse enheder kan bruges til en række forskellige applikationer, såsom:

* Højhastighedstransistorer:Transistorer er elektroniske kontakter, der styrer strømmen af ​​strøm i et kredsløb. En transistors hastighed er begrænset af den effektive masse af elektronerne i transistoren. Ved at reducere elektronernes effektive masse er det muligt at lave transistorer, der er meget hurtigere.

* Laveffektlasere:Lasere er enheder, der udsender lys. En lasers strømforbrug er proportional med den effektive masse af elektronerne i laseren. Ved at reducere elektronernes effektive masse er det muligt at lave lasere, der forbruger mindre strøm.

* Ultra-følsomme sensorer:Sensorer er enheder, der registrerer ændringer i miljøet. Følsomheden af ​​en sensor er begrænset af den effektive masse af elektronerne i sensoren. Ved at reducere elektronernes effektive masse er det muligt at lave sensorer, der er mere følsomme.

Konklusion

Forskernes resultater kan føre til en ny generation af elektroniske enheder, der er hurtigere, mere effektive og mere kraftfulde. Disse enheder kan have en bred vifte af applikationer, fra højhastighedsdatabehandling til laveffektlasere til ultrafølsomme sensorer.