Tim MIT menerapkan teknologi yang dikembangkan untuk penyelubungan visual untuk memungkinkan transfer elektron yang lebih efisien.
Sebuah pendekatan baru yang memungkinkan objek menjadi tidak terlihat kini telah diterapkan pada area yang sama sekali berbeda: membiarkan partikel bersembunyi dari elektron yang lewat, yang dapat menyebabkan perangkat termoelektrik yang lebih efisien dan jenis elektronik baru.
Konsep - dikembangkan oleh mahasiswa pascasarjana MIT Bolin Liao, mantan postdoc Mona Zebarjadi (sekarang asisten profesor di Rutgers University), ilmuwan riset Keivan Esfarjani, dan profesor teknik mesin Gang Chen - dijelaskan dalam sebuah makalah di jurnal Physical Review Letters.
Biasanya, elektron melakukan perjalanan melalui suatu bahan dengan cara yang mirip dengan gerakan gelombang elektromagnetik, termasuk cahaya; perilaku mereka dapat dijelaskan oleh persamaan gelombang. Itu mengarahkan para peneliti MIT pada gagasan untuk memanfaatkan mekanisme penyelubungan yang dikembangkan untuk melindungi objek dari pandangan - tetapi menerapkannya pada pergerakan elektron, yang merupakan kunci perangkat elektronik dan termoelektrik.
Diagram menunjukkan 'fluks probabilitas' elektron, sebuah representasi dari jalur elektron ketika mereka melewati partikel nano 'tak terlihat'. Sementara jalan ditekuk ketika memasuki partikel, mereka kemudian ditekuk kembali sehingga mereka muncul kembali dari sisi lain pada lintasan yang sama dengan yang mereka mulai - sama seperti jika partikel tidak ada di sana. Gambar milik Bolin Liao et al .
Pekerjaan sebelumnya pada objek cloaking dari pandangan telah bergantung pada apa yang disebut metamaterial yang terbuat dari bahan buatan dengan sifat yang tidak biasa. Struktur komposit yang digunakan untuk selubung menyebabkan berkas cahaya membungkuk di sekitar objek dan kemudian bertemu di sisi lain, melanjutkan jalur aslinya - membuat objek tampak tidak terlihat.
"Kami terinspirasi oleh ide ini," kata Chen, Profesor Teknik Listrik Carl Richard Soderberg di MIT, yang memutuskan untuk mempelajari bagaimana itu dapat diterapkan pada elektron, bukan pada cahaya. Tetapi dalam bahan cloaking elektron baru yang dikembangkan oleh Chen dan rekan-rekannya, prosesnya sedikit berbeda.
Para peneliti MIT memodelkan partikel nano dengan inti dari satu bahan dan kulit yang lain. Tetapi dalam kasus ini, alih-alih membungkuk di sekitar objek, elektron benar-benar melewati partikel-partikel: Jalur mereka ditekuk terlebih dahulu satu arah, lalu kembali lagi, sehingga mereka kembali ke lintasan yang sama dengan yang mereka mulai.
Dalam simulasi komputer, konsep itu tampaknya berhasil, kata Liao. Sekarang, tim akan mencoba membuat perangkat yang sebenarnya untuk melihat apakah mereka berfungsi seperti yang diharapkan. “Ini adalah langkah pertama, proposal teoretis,” kata Liao. "Kami ingin melakukan penelitian lebih lanjut tentang cara membuat beberapa perangkat nyata dari strategi ini."
Sementara konsep awal dikembangkan dengan menggunakan partikel yang tertanam dalam substrat semikonduktor normal, para peneliti MIT ingin melihat apakah hasilnya dapat direplikasi dengan bahan lain, seperti lembaran graphene dua dimensi, yang mungkin menawarkan sifat tambahan yang menarik.
Dorongan awal para peneliti MIT adalah untuk mengoptimalkan bahan yang digunakan dalam perangkat termoelektrik, yang menghasilkan arus listrik dari gradien suhu. Perangkat tersebut memerlukan kombinasi karakteristik yang sulit diperoleh: konduktivitas listrik yang tinggi (sehingga arus yang dihasilkan dapat mengalir dengan bebas), tetapi konduktivitas termal yang rendah (untuk mempertahankan gradien suhu). Tetapi dua jenis konduktivitas cenderung hidup berdampingan, sehingga hanya sedikit bahan yang menawarkan karakteristik yang saling bertentangan ini. Simulasi tim menunjukkan materi penyelubungan elektron ini dapat memenuhi persyaratan ini dengan sangat baik.
Simulasi menggunakan partikel beberapa nanometer dalam ukuran, cocok dengan panjang gelombang elektron yang mengalir dan meningkatkan aliran elektron pada tingkat energi tertentu berdasarkan pesanan besarnya dibandingkan dengan strategi doping tradisional. Ini mungkin mengarah pada filter atau sensor yang lebih efisien, kata para peneliti. Ketika komponen-komponen pada chip komputer semakin kecil, Chen berkata, "kita harus datang dengan strategi untuk mengendalikan transpor elektron," dan ini mungkin salah satu pendekatan yang bermanfaat.
Konsep ini juga dapat mengarah pada jenis switch baru untuk perangkat elektronik, kata Chen. Saklar dapat beroperasi dengan beralih antara transparan dan buram ke elektron, sehingga mematikan dan menghidupkannya. "Kami benar-benar baru di awal," katanya. "Kami belum yakin sampai sejauh mana ini, tetapi ada beberapa potensi" untuk aplikasi yang signifikan.
Xiang Zhang, seorang profesor teknik mesin di University of California di Berkeley yang tidak terlibat dalam penelitian ini, mengatakan "ini adalah pekerjaan yang sangat menarik" yang memperluas konsep penyelubungan ke domain elektron. Para penulis, katanya, "menemukan pendekatan yang sangat menarik yang mungkin sangat berguna untuk aplikasi termoelektrik."
Melalui MIT