Chip ini dapat menggerakkan excitons dengan gelombang suara. Pencapaian ini membuka jalan untuk membangun perangkat yang efisien yang menggunakan rangsangan untuk komunikasi data dan aplikasi pemrosesan, penginderaan, dan transformasi energi. Kredit Gambar: Silvia Cardarelli

Kuasipartikel yang terbentuk dari semikonduktor sekarang dapat bergerak pada suhu kamar, menurut sebuah penelitian yang dipimpin oleh University of Michigan. Penemuan ini berpotensi untuk mendinginkan komputer, memungkinkan kecepatan yang lebih cepat dan efisiensi yang lebih tinggi, serta membuat LED dan panel surya lebih efisien.

Perangkat elektronik saat ini mengandalkan elektron untuk memindahkan energi dan informasi, tetapi sekitar setengah dari energi itu terbuang sebagai panas karena hambatan listrik. Excitons yang menghindari kerugian listrik tradisional adalah salah satu alternatif potensial.

“Mengingat hampir 20 tahun terakhir, komputer selalu menjadi beberapa gigahertz dan tidak pernah bertambah cepat. Dan itulah sebabnya. Dia adalah asisten profesor teknik elektro dan ilmu komputer dan penulis yang sesuai dari penelitian ini. Parag Deotare berkata:

“Tetapi jika Anda dapat membuang kelebihan panas dengan cepat, transistor dapat bekerja lebih cepat. Hanya dengan mengurangi kehilangan energi komunikasi, kecepatan pemrosesan akan meningkat secara otomatis. Menggunakan excitons, teori, kerugian ini dapat dikurangi secara signifikan.”

Exciton adalah elektron bermuatan negatif dan “lubang” bermuatan positif yang saling menempel seperti partikel tunggal. Exciton, seperti sel surya, terbentuk ketika semikonduktor menyerap cahaya. Dengan kata lain, ia menendang elektron keluar dari tempat di kristal semikonduktor dan menciptakan lubang. Atau, dapat dipandu melalui listrik, seperti lampu LED dan prosesor komputer masa depan. Namun, karena muatannya netral, eksiton tidak dapat bergerak dengan potensial yang berbeda seperti elektron.

Modifikasi yang ditunjukkan oleh Deotare dan timnya, termasuk kolaborator di Institut Nasional Ilmu Material di Jepang, adalah gelombang suara yang mengalir melalui material. Mereka telah menunjukkan bahwa excitons dapat berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain dalam sebuah chip semikonduktor dan “surfing” gelombang ini. Deotare menyarankan bahwa mengendalikan rangsangan dengan cara ini memungkinkan komunikasi data, yang dapat menyebabkan penggantian transistor.

Kanak Datta memegang chip yang dapat mengangkut rangsangan dengan gelombang suara. Teknologi baru membuka jalan bagi transportasi energi yang efisien dalam semangat. Kredit Gambar: Silvia Cardarelli

“Kemampuan untuk menginduksi rangsangan membuka jalan untuk aplikasi masa depan yang menarik termasuk transformasi energi yang efisien, penginderaan, deteksi, suhu kamar, pemrosesan informasi dan komunikasi rangsangan pada chip,” kata Teknik Elektro dan Komputer Kanak Datta, seorang mahasiswa doktoral dan pemimpin, dikatakan. Penulis studi.

Sel surya memindahkan rangsangan dari lapisan semikonduktor yang relatif tebal yang menyerap foton atau partikel cahaya, mengubahnya menjadi rangsangan. Jika eksiton dapat dipindahkan ke lapisan tipis sebelum memisahkan elektron dan hole, energi dapat diubah menjadi listrik dengan lebih efisien.

Demikian pula, dengan LED, rangsangan yang bergerak dapat mengurangi jumlah cahaya yang hilang di dalam LED. Exciton dapat bergerak menjauh dari elektroda ke wilayah yang dirancang untuk mengekstrak cahaya dari semikonduktor sebelum elektron dan lubang bergabung untuk membentuk foton.

“Metode kami menyediakan desain yang dapat disesuaikan dan fleksibel, dan dapat diproduksi untuk merancang transportasi exciton untuk aplikasi tertentu,” kata seorang mahasiswa PhD dalam Fisika Terapan dalam disertasi Penulis kedua, Zhengyang Lyu, menyatakan.

Sampai saat ini, upaya untuk mengendalikan rangsangan telah didorong ke suhu yang sangat rendah. Pada suhu kamar, elektron dan hole cepat meluruh. Namun, semikonduktor “2D” baru yang terbuat dari lapisan kristal tunggal telah mengubah kelas bahan, terutama yang dikenal sebagai dikalsogenida logam transisi. Ini adalah nama dari mana komponen berasal dari tabel periodik.

Kelompok Deotare menggunakan salah satunya, tungsten diselenium, untuk mendukung rangsangan. Untuk membuat gelombang suara untuk berselancar, mereka menempatkan semikonduktor lapisan tunggal mereka pada lithium niobate, bahan yang mengembang dan menyusut di hadapan medan listrik.

Mereka menggunakan satu set elektroda lithium niobate untuk menciptakan medan listrik bergelombang yang menghasilkan gelombang suara. Tim melindungi tungsten yang diseled dengan lapisan boron nitrida karena medan listrik dapat membelah elektron dan lubang yang membentuk eksiton.

Zidong Li, seorang mahasiswa PhD di bidang teknik listrik dan komputer, mengatakan: ..

Studi ini didanai oleh Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara AS. Laboratorium Angkatan Darat AS, Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Olahraga, Sains dan Teknologi-Jepang, Masyarakat Jepang untuk Promosi Ilmu Pengetahuan. Perangkat ini dibangun ke dalam Fasilitas Nanofabrication Lurie.

Untuk informasi lebih lanjut: