„Nevidljivost“ bi mogla biti ključ prema boljoj elektronici

Nova metoda koja omogućuje predmetima da postanu „nevidljivi“ sada se primjenjuje na potpunom drugačijem području: dopušta česticama da se „sakriju“ od elektrona, što bi moglo dovesti do efikasnijih termo-električnih uređaja i novih vrsta elektronike.

Koncept, kojeg su razvili Bolin Liao kao diplomant na američkom Tehnološkom institutu u Massachusettsu (MIT), asistentica na Sveučilištu Rutgers Mona Zebarjadi, znanstvenik Keivan Esfarjani i profesor strojarstva Gang Chen, opisan je u članku objavljenom u časopisu Physical Review Letters.

Obično, elektroni kroz materijale putuju slično elektromagnetskim valovima, uključujući svjetlo. Njihovo se ponašanje može opisati jednadžbama kojima se opisuju valovi. To je dovelo istraživače na MIT-u do ideje da mehanizam skrivanja, razvijen za skrivanje predmeta od pogleda, primijene u kontekstu kretanja elektrona koje je ključno za elektroničke i termo-elektroničke uređaje.

Prijašnji pokušaji “nevidljivosti” predmeta oslanjali su se na tzv. metamaterijale stvorene od umjetnih materijala neobičnih svojstava. Takve složene strukture korištene za postizanje “nevidljivosti” uzrokuju da se svjetlo savije oko predmeta i ponovo spoji kada prođe taj predmet, nastavljajući svojim prvotnim putem. Zato se taj predmet čini nevidljivim.

“Bili smo inspirirani tom idejom”, kaže Chen, profesor elektroenergetike na MIT-u, koji je odlučio istražiti kako se isti princip može, umjesto na svjetlo, primijeniti na elektrone. Međutim, u novom materijalu kojeg je razvio Chen sa svojim suradnicima stvari se ipak malo drugačije odvijaju.

Istraživači na MIT-u modelirali su nanočestice s jezgrom jednog i ljuskom drugog materijala. U ovom slučaju, umjesto da se savijaju oko predmeta, elektroni prolaze kroz čestice. Njihovi se putevi prvo savijaju u jednom smjeru, pa u drugom, a onda se vraćaju na put kojim su prvotno krenuli.

Liao kaže kako su računalne simulacije pokazale kako koncept radi. Tim istraživača će pokušati napraviti uređaje kako bi vidjeli djeluju li oni prema očekivanjima. “Prvi korak bio je teoretski”, kaže Liao. “Želimo nastaviti istraživanja kako bismo napravili prave uređaje na temelju ovih rezultata.”

Iako je prvotni koncept razvijen koristeći čestice ugrađene u normalnu poluvodičku podlogu, istraživači bi htjeli vidjeti mogu li se jednaki rezultati dobiti i s drugim materijalima, kao što su dvodimenzionalni listovi grafena. Oni bi mogli pružiti i zanimljiva dodatna svojstva.

Početni poticaj istraživačima bila je optimizacija materijala korištenih u termoelektričnim uređajima koji generiraju struju upotrebljavajući razliku u temperaturi. Takvi uređaji zahtijevaju rijetku kombinaciju svojstava: visoku električnu vodljivost (kako bi generirana struja mogla slobodno teći) i nisku toplinsku vodljivost (kako bi se održala temperatura). Te dvije vrste vodljivosti često postoje u prirodi, ali vrlo rijetko u ovakvim kontradiktornim odnosima. Simulacija istraživačkog tima pokazuje kako novi materijal uspijeva zadovoljiti i ove zahtjeve.

U simulacijama su korištene čestice velike nekoliko nanometara koje su poboljšavale tok elektrona u određenim nivoima energije višestruko bolje u usporedbi s tradicionalnim dopiranjem. Istraživači kažu kako bi to moglo pridonijeti razvitku efikasnijih filtera i senzora. Kako se sve više smanjuju računalne sastavnice, “moramo razvijati nove tehnike kontrole prijenosa elektrona”, kaže Chen, a ovo bi mogla biti korisna metoda.

Ovakav koncept bi mogao stvoriti i novu vrstu sklopki za elektroničke uređaje. Sklopku bi se moglo koristiti prebacujući ju iz stanja “vidljivog” i “nevidljivog” za elektrone, puštajući, odnosno prekidajući tok struje. “Tek smo na početku”, kaže Chen i nastavlja, “nismo sigurni koliko daleko možemo doći, ali metoda ima potencijala” za razne značajne primjene.
Xiang Zhang, profesor strojarstva na Sveučilištu u Kaliforniji, koji nije bio dio tima, kaže da je “ovo vrlo uzbudljiv rad, koji proširuje koncept nevidljivosti na elektrone”. Autori su, kaže Zhang, “otkrili vrlo zanimljiv pristup koji bi mogao biti vrlo koristan za primjenu u termoelektrici.”

Izvor: http://znanost.geek.hr/clanak/nevidljivost-bi-mogla-biti-kljuc-prema-boljoj-elektronici/#ixzz2D2e9UmXf

Leave a Comment