Nhóm MIT áp dụng công nghệ được phát triển để che giấu trực quan để cho phép chuyển điện tử hiệu quả hơn.
Một cách tiếp cận mới cho phép các vật thể trở nên vô hình giờ đã được áp dụng cho một khu vực hoàn toàn khác: để các hạt ẩn khỏi các electron đi qua, điều này có thể dẫn đến các thiết bị nhiệt điện hiệu quả hơn và các loại thiết bị điện tử mới.
Khái niệm này - được phát triển bởi sinh viên tốt nghiệp MIT Bolin Liao, cựu postdoc Mona Zebarjadi (hiện là trợ lý giáo sư tại Đại học Rutgers), nhà khoa học nghiên cứu Keivan Esfarć, và giáo sư kỹ thuật cơ khí Gang Chen - được mô tả trong một bài báo trên tạp chí Phys Review Letters.
Thông thường, các electron di chuyển qua một vật liệu theo cách tương tự như chuyển động của sóng điện từ, bao gồm cả ánh sáng; hành vi của họ có thể được mô tả bởi các phương trình sóng. Điều đó khiến các nhà nghiên cứu của MIT nảy ra ý tưởng khai thác các cơ chế che giấu được phát triển để che chắn các vật thể khỏi tầm nhìn - nhưng áp dụng nó vào chuyển động của các điện tử, là chìa khóa cho các thiết bị điện và nhiệt điện.
Sơ đồ cho thấy thông lượng ‘xác suất của các electron, đại diện cho các đường đi của các electron khi chúng đi qua một hạt nano‘ vô hình. Trong khi các đường dẫn bị uốn cong khi chúng đi vào hạt, sau đó chúng bị uốn cong lại để chúng xuất hiện lại từ phía bên kia trên cùng một quỹ đạo mà chúng bắt đầu - giống như hạt đó ở đó. Hình ảnh lịch sự Bolin Liao et al .
Công việc trước đây về các vật thể che giấu từ tầm nhìn đã dựa vào cái gọi là siêu vật liệu làm bằng vật liệu nhân tạo có đặc tính khác thường. Các cấu trúc hỗn hợp được sử dụng để che giấu khiến các chùm ánh sáng uốn quanh một vật thể và sau đó gặp nhau ở phía bên kia, nối lại đường dẫn ban đầu của chúng - làm cho vật thể trở nên vô hình.
Chen Chúng tôi đã được truyền cảm hứng từ ý tưởng này, ông Chen nói, Giáo sư Kỹ thuật điện Carl Richard Soderberg tại MIT, người đã quyết định nghiên cứu cách nó có thể áp dụng cho các điện tử thay vì ánh sáng. Nhưng trong vật liệu che giấu electron mới được phát triển bởi Chen và các đồng nghiệp, quá trình này hơi khác một chút.
Các nhà nghiên cứu MIT đã mô hình hóa các hạt nano với lõi của một vật liệu và vỏ của vật liệu khác. Nhưng trong trường hợp này, thay vì uốn quanh vật thể, các electron thực sự đi qua các hạt: Đường đi của chúng bị uốn cong theo cách đầu tiên, sau đó quay trở lại, do đó chúng quay trở lại cùng quỹ đạo mà chúng bắt đầu.
Trong các mô phỏng máy tính, khái niệm này dường như hoạt động, Liao nói. Bây giờ, nhóm sẽ cố gắng xây dựng các thiết bị thực tế để xem liệu chúng có hoạt động như mong đợi hay không. Đây là một bước đầu tiên, một đề xuất lý thuyết, giáo sư Liao nói. Chúng tôi muốn tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về cách làm cho một số thiết bị thực sự ra khỏi chiến lược này.
Mặc dù khái niệm ban đầu được phát triển bằng cách sử dụng các hạt được nhúng trong chất nền bán dẫn thông thường, các nhà nghiên cứu của MIT muốn xem liệu kết quả có thể được sao chép bằng các vật liệu khác, chẳng hạn như các tấm graphene hai chiều, có thể cung cấp các tính chất bổ sung thú vị.
Các nhà nghiên cứu của MIT, động lực ban đầu của MIT là tối ưu hóa các vật liệu được sử dụng trong các thiết bị nhiệt điện, tạo ra dòng điện từ độ dốc nhiệt độ. Các thiết bị như vậy đòi hỏi sự kết hợp của các đặc tính khó có được: độ dẫn điện cao (vì vậy dòng điện được tạo ra có thể chảy tự do), nhưng độ dẫn nhiệt thấp (để duy trì độ dốc nhiệt độ). Nhưng hai loại độ dẫn có xu hướng cùng tồn tại, nên rất ít vật liệu cung cấp các đặc điểm trái ngược nhau này. Các mô phỏng nhóm nghiên cứu cho thấy vật liệu che giấu electron này có thể đáp ứng tốt các yêu cầu này một cách bất thường.
Các mô phỏng đã sử dụng các hạt có kích thước vài nanomet, phù hợp với bước sóng của các electron đang chảy và cải thiện dòng điện tử ở các mức năng lượng cụ thể theo các bậc độ lớn so với các chiến lược pha tạp truyền thống. Điều này có thể dẫn đến các bộ lọc hoặc cảm biến hiệu quả hơn, các nhà nghiên cứu nói. Khi các thành phần trên chip máy tính trở nên nhỏ hơn, Chen nói, chúng ta phải đưa ra các chiến lược để kiểm soát sự vận chuyển điện tử, và đây có thể là một cách tiếp cận hữu ích.
Khái niệm này cũng có thể dẫn đến một loại công tắc mới cho các thiết bị điện tử, Chen nói. Công tắc có thể hoạt động bằng cách chuyển đổi giữa trong suốt và mờ với các điện tử, do đó bật và tắt dòng chảy của chúng. Anh nói chúng tôi thực sự chỉ mới bắt đầu. Cấm chúng tôi không chắc chắn điều này sẽ đi được bao xa, nhưng có một số tiềm năng cho các ứng dụng quan trọng.
Xiang Zhang, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học California tại Berkeley, người không tham gia vào nghiên cứu này, nói rằng đây là công việc rất thú vị, giúp mở rộng khái niệm che giấu vào miền của các điện tử. Các tác giả, ông nói, đã phát hiện ra một cách tiếp cận rất thú vị có thể rất hữu ích cho các ứng dụng nhiệt điện.
Qua MIT