无半导体微电子器件允许高功率

科学家们已经开发出第一种无半导体、光学控制的微电子器件，其传导的电流比传统电子器件多1000%。这一发现为速度更快、处理更多功率的微电子器件铺平了道路，也可能导致更高效的太阳能电池板。

利用超材料，美国加州大学圣地亚哥分校的工程师能够制造出一种微型设备，当被低电压和低功率激光激活时，电导率会增加1000%。研究人员说，现有的微电子器件（如晶体管）的能力最终受到其组成材料（如半导体）性质的限制。

例如，半导体可以限制器件的电导率或电子流。半导体具有所谓的带隙，这意味着它们需要外部能量的推动才能让电子流过它们。电子的速度是有限的，因为当电子流经半导体时，它们不断地与原子碰撞。

加州大学圣地亚哥分校的Dan Sievenpiper领导的一个研究小组试图通过在太空中用自由电子取代半导体来消除这些阻碍导电的障碍。“我们想在微尺度上做到这一点，”易卜拉欣·福拉蒂说，他是SievenPiper实验室的前博士后研究员，也是这项研究的第一作者。

然而，从材料中解放电子是具有挑战性的。它要么需要施加高电压（至少100伏）、高功率激光或极高温度（超过538摄氏度），这在微纳米级电子器件中是不实用的。

为了应对这一挑战，SievenPiper的团队制造了一种微型设备，可以在没有如此极端要求的情况下从材料中释放电子。该设备包括一个工程表面，称为元表面，在硅片的顶部，中间有一层二氧化硅。

元表面由一组金蘑菇状的纳米结构组成，这些纳米结构位于一组平行的金条上。金变质表面的设计是这样的，当低直流电压（低于10伏）和低功率红外激光同时应用时，变质表面会产生“热点”--带有高强度电场的热点--提供足够的能量将电子从金属中拉出并释放到太空。

对该设备的测试显示电导率变化了1000%。易卜拉欣说：“这意味着更多可供操纵的电子。”这项研究发表在《自然通讯》杂志上。