Des ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont fabriqué le premier dispositif microélectronique à commande optique. En utilisant des métamatériaux, les ingénieurs ont pu construire un appareil à micro-échelle qui montre un 1, Augmentation de 000 pour cent de la conductivité lorsqu'il est activé par une basse tension et un laser de faible puissance.

La découverte ouvre la voie à des dispositifs microélectroniques plus rapides et capables de gérer plus de puissance, et pourrait également conduire à des panneaux solaires plus efficaces. L'ouvrage a été publié le 4 novembre dans Communication Nature .

Les capacités des dispositifs microélectroniques existants, comme les transistors, sont finalement limités par les propriétés de leurs matériaux constitutifs, tels que leurs semi-conducteurs, les chercheurs ont dit.

Par exemple, les semi-conducteurs peuvent imposer des limites à la conductivité d'un appareil, ou flux d'électrons. Les semi-conducteurs ont ce qu'on appelle une bande interdite, ce qui signifie qu'ils ont besoin d'un regain d'énergie externe pour que les électrons les traversent. Et la vitesse des électrons est limitée, puisque les électrons entrent constamment en collision avec les atomes lorsqu'ils traversent le semi-conducteur.

Une équipe de chercheurs du groupe d'électromagnétisme appliqué dirigée par le professeur de génie électrique Dan Sievenpiper à l'UC San Diego a cherché à éliminer ces obstacles à la conductivité en remplaçant les semi-conducteurs par des électrons libres dans l'espace. "Et nous voulions le faire à l'échelle microscopique, " dit Ebrahim Forati, un ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Sievenpiper et premier auteur de l'étude.

Cependant, libérer des électrons des matériaux est un défi. Elle nécessite soit l'application de hautes tensions (au moins 100 Volts), lasers à haute puissance ou températures extrêmement élevées (plus de 1, 000 degrés Fahrenheit), qui ne sont pas pratiques dans les appareils électroniques à l'échelle micro et nanométrique.

Pour relever ce défi, L'équipe de Sievenpiper a fabriqué un dispositif à micro-échelle qui peut libérer des électrons d'un matériau sans exigences aussi extrêmes. L'appareil se compose d'une surface machinée, appelée métasurface, au-dessus d'une plaquette de silicium, avec une couche de dioxyde de silicium entre les deux. La métasurface se compose d'un réseau de nanostructures en forme de champignon d'or sur un réseau de bandes d'or parallèles.

La métasurface d'or est conçue de telle sorte que lorsqu'une faible tension continue (sous 10 volts) et un laser infrarouge de faible puissance sont tous deux appliqués, la métasurface génère des "points chauds" - des points avec un champ électrique de haute intensité - qui fournissent suffisamment d'énergie pour extraire les électrons du métal et les libérer dans l'espace.

Les tests sur l'appareil ont montré un 1, 000 pour cent de changement de conductivité. "Cela signifie plus d'électrons disponibles pour la manipulation, " dit Ebrahim.

« Cela ne remplacera certainement pas tous les dispositifs à semi-conducteurs, mais cela peut être la meilleure approche pour certaines applications spécialisées, tels que les appareils à très hautes fréquences ou à haute puissance, " dit Sievenpiper.

Selon les chercheurs, cette métasurface particulière a été conçue comme une preuve de concept. Différentes métasurfaces devront être conçues et optimisées pour différents types de dispositifs microélectroniques.

« Ensuite, nous devons comprendre dans quelle mesure ces appareils peuvent être mis à l'échelle et les limites de leurs performances, " a déclaré Sievenpiper. L'équipe explore également d'autres applications pour cette technologie en plus de l'électronique, comme la photochimie, photocatalyse, permettant de nouveaux types de dispositifs photovoltaïques ou d'applications environnementales.