Исследователи открывают новый материал для силовой электроники

Электроника управляет нашим миром, но электроны управляют нашей электроникой. Исследовательская группа в Университете штата Огайо нашла способ упростить, как электронные устройства используют эти электроны, используя материал, который может выполнять двойную роль в электронике, где исторически сложилось много материалов.

Команда опубликовала свои выводы 18 марта в журнале Nature Materials.

«По сути, мы нашли материал с двойной личностью», — сказал Джозеф Хереманс, соавтор исследования, профессор механики и аэрокосмической техники, а также выдающийся ученый Огайо в области нанотехнологий в штате Огайо. «Это концепция, которой раньше не было».

Их результаты могут означать, что инженеры будут создавать различные виды электронных устройств. Это включает в себя все: от солнечных батарей, до светодиодов в вашем телевизоре, до транзисторов в вашем ноутбуке и до датчиков света в камере вашего смартфона.

Эти устройства являются строительными блоками электричества: каждый электрон имеет отрицательный заряд и может излучать или поглощать энергию в зависимости от того, как им манипулируют. Отверстия — по сути, отсутствие электрона — имеют положительный заряд. Электронные устройства работают, перемещая электроны и дырки — по существу проводя электричество.

Но исторически каждая часть электронного устройства могла действовать только как держатель электронов или как держатель дырок, но не как. Это означало, что для работы электроники требовалось несколько слоев и несколько материалов.

Но исследователи из штата Огайо обнаружили материал — NaSn 2 As 2 , кристалл, который может быть как электронным, так и дырочным, потенциально устраняя необходимость в нескольких слоях.

«Именно эта догма в науке говорит о том, что у вас есть электроны или дыры, но у вас нет и того, и другого. Но наши результаты перевернули это с ног на голову», — сказал Вольфганг Уиндл, профессор материаловедения и инженерии в штате Огайо, и соавтор исследования. «И дело не в том, что электрон становится дырой, потому что это одна и та же совокупность частиц. Здесь, если вы посмотрите на материал с одной стороны, он будет выглядеть как электрон, но если вы посмотрите с другой стороны, он будет похож на дыру».

Это может упростить нашу электронику, возможно, создав более эффективные системы, которые работают быстрее и ломаются реже.

Думайте об этом, как о машине Рубе Голдберга или настольной игре 1960-х годов Mouse Trap: чем больше деталей в игре и чем больше движущихся частей, тем менее эффективно энергия перемещается по всей системе — и тем более вероятно, что что-то не получится.

«Теперь у нас есть это новое семейство слоистых кристаллов, в которых носители ведут себя как электроны при перемещении внутри каждого слоя, и дыры при перемещении через слои … Вы можете представить, что могут быть какие-то уникальные электронные устройства, которые вы могли бы создать», — сказал он Джошуа Голдбергер, доцент кафедры химии и биохимии в штате Огайо.

Исследователи назвали это явление двойной способности «гониополярностью». Они полагают, что материал функционирует таким образом из-за его уникальной электронной структуры, и говорят, что вероятно, что другие слоистые материалы могли бы показать это свойство.

«Мы просто еще не нашли их», — сказал Хереманс. «Но теперь мы знаем, чтобы искать их».

Исследователи сделали открытие почти случайно. Исследователь аспиранта в лаборатории Хеременса, Бин Хе, измерял свойства кристалла, когда заметил, что материал ведет себя иногда как держатель электронов, а иногда как держатель дырок — то, что в тот момент, по мнению науки, было невозможно. Он подумал, что, возможно, допустил ошибку, снова и снова запускал эксперимент и получил тот же результат.

«Именно на это он обратил внимание, и он ничего не предполагал», — сказал Хереманс.

Источник информации: https://phys.org/news/2019-03-material-power-electronics.html#jCp

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...