Фізики з Університету Каліфорнії розробили перший оптично контрольований мікроелектронний пристрій, не заснований на напівпровідникових матеріалах. Прилад являє собою перемикач, здатний пропускати або блокувати протікання струму під дією слабкого лазерного випромінювання. У його основі лежить метаматеріал, що складається із золотих «грибів». За словами вчених, використання метаматеріалів допоможе у створенні більш потужних і швидких пристроїв, заснованих на вакуумних або газових каналах для електрики - своєрідних нанорозмірних вакуумних ламп. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє прес-реліз університету.
Швидкість роботи мікроелектронних пристроїв залежить, зокрема, від рухливості носіїв заряду, що переносять електричний струм. Цей параметр залежить від того, в якому матеріалі переміщуються частинки. Тому використання напівпровідникових матеріалів (зокрема, кремнію) вносить обмеження на роботу мікроелектроніки. Рухливість носіїв заряду в неоновій трубці, наприклад, у сім разів більша, ніж у традиційному для електроніки кремнії. Однак створення пристроїв з газовими або вакуумними каналами для електронів ускладнене тим, що для «вибивання» частинок з матерії потрібні великі напруги (понад 100 вольт), температури (1000 кельвін) або потужності лазерного випромінювання (близько терават на квадратний сантиметр). Для мікроелектронних пристроїв такі інтенсивні впливи можуть бути руйнівні.
Автори нової роботи знайшли спосіб, як ефективно «вибивати» електрони з речовини не вдаючись до інтенсивних зовнішніх впливів. Для цього фізики створили решітку на основі метаматеріалу, здатного ефективно концентрувати електричне поле і створювати локальні області з високими полями. При одночасному опроміненні пристрою у вакуумній камері за допомогою лазерного променя (щільність потоку до 40 ватт на квадратний сантиметр, порівнянно з лазерною указкою) і подачі електричної напруги провідність пристрою різко підвищувалася. Десятикратний стрибок відбувався за рахунок «викиду» електронів у вакуум.
Сам пристрій являє собою сітку з паралельних металевих смуг, на деяких з яких розташовані золоті «гриби» з діаметром капелюшка в кілька сотень нанометрів. Масив грибів працює як антена, що перетворює електромагнітне випромінювання лазера. Металеві смуги не контактують безпосередньо, але якщо у вакуумі між ними з'являються носії заряду, виникає можливість для проведення струму.
Метаматеріалами називають такі матеріали, властивості яких (наприклад, оптичні) визначаються більшою мірою не речовинами, з яких вони складаються, а періодичними структурами, які ці речовини утворюють. Одним з класичних прикладів метаматеріалів є середовища з негативним коефіцієнтом заломлення. Раніше ми повідомляли про те, що за допомогою метаматеріалів можна створити середовище з нескінченною фазовою швидкістю світла.