Uusi fysikaalinen ilmiö kahden erilaisen materiaalin rajapinnassa

Tsukuban ja Rennesin yliopistojen yhteistyöllä on löydetty pieniulotteisista rakenteista valoaltistuksen avulla uusi ilmiö, joka mahdollistaa ainutlaatuisen elektronien pakoreitin.

Havainto esittelee lupaavia mahdollisuuksia erilaisiin sovelluksiin, kuten nopeiden optisten rakenteiden luomiseen, elektronien ja muiden hiukkasten nopeaan hallintaan ja tehokkaaseen lämmönpoistoon laitteista.

Vaikka atomien paksuisten rakenteiden staattiset ominaisuudet, kuten sähkönjohtavuus, on dokumentoitu hyvin, niiden dynaamiset ominaisuudet, mukaan lukien elektronien siirto kerrosten välillä ja valoaltistuksen laukaisema atomin liike, ovat saaneet vähemmän huomiota.

Nyt tutkijat rakensivat sylinterimäisiä rakenteita käärimällä hiilinanoputkien ympärille boorinitridisiä nanoputkia. Sitten he tutkivat ultralyhyiden valopulssien aiheuttamaa elektronien ja atomien liikettä yksiulotteisella (1D) materiaalilla.

Elektronien liikettä seurattiin laajakaistaisella ultranopealla optisella spektroskopialla, joka tallentaa valosäteilyn aiheuttamat hetkelliset muutokset molekyyli- ja elektroniikkarakenteissa kymmenen biljoonasosan (10^–13 s) tarkkuudella.

Työ osoitti, että kun erityyppisiä pieniulotteisia materiaaleja kerrostetaan, muodostuu reitti tai kanava, joka mahdollistaa elektronien paeta materiaalin tietyistä osista. Lisäksi havaittiin, että hiilinanoputkissa valoaltistuksen vaikutuksesta virittyneet elektronit voivat siirtyä booriniridinanoputkiin näiden elektronisten kanavien kautta, missä niiden energia muuttuu nopeasti lämpöenergiaksi, mikä helpottaa erittäin nopeaa lämpömuutosta.

Nyt esiin tuotu uusi fysikaalinen ilmiö kahden erilaisen materiaalin rajapinnassa tarjoaa paitsi ultranopean lämpöenergian kuljetuksen myös mahdollisia sovelluksia ultranopeiden optisten laitteiden kehittämisessä ja valon synnyttämien elektronien ja aukkojen nopeassa käsittelyssä.

Tsukuban yliopiston tutkijat ovat kehittäneet myös ultranopean aikaerottavan pyyhkäisyelektronimikroskopian ratkaisun integroimalla kyseisen laitteen femtosekuntilaserin kanssa. Tämä uusi järjestely helpottaa eri materiaalien hetkellisten tilojen tarkkailua.

Erityisesti ultranopeiden puolijohderakenteiden kehitystyön helpottamiseksi nopeiden ilmiöiden, kuten sähköpotentiaalin ja elektroninsiirron tarkka mittaus on ratkaisevan tärkeää niiden toiminnan ymmärtämiseksi.

He käyttivät mittauslaitekonstruktiota valoa johtavan GaAs-substraatilla olevan antennirakenteen pyyhkäisyelektronimikroskooppi (SEM) mittaukseen ja saivat SEM-kuvia 43 pikosekunnin resoluutiolla. Nämä havainnot mahdollistavat sähköisen piirin suorituskyvyn mittaamisen 23 GHz:n kaistanleveydellä.

Tämä uusi tekniikka tarjoaa kosketuksettoman, nopean ja kolmiulotteisen mittauksen dynaamisista potentiaalimuutoksista mielivaltaisissa pisteissä piirirakenteissa. Menetelmän odotetaan olevan tärkeä työkalu seuraavan sukupolven elektronisten laitteiden kehittämisessä.

Aiheesta aiemmin:

Elektroniaaltojen kuljettama lämpö

Edistynyt mittaustekniikka tuleville puolijohteille

Tehokas kannettava terahertsilaseri