Karaktärer i några av de mer futuristiska science fiction -filmerna, som "Minority Report" och "Iron Man, "kontrolldatorskärmar med smidiga och avsiktliga handrörelser. I" Minoritetsrapport, " huvudpersonen, spelad av Tom Cruise, använder handskar som lyser ut med fingertopparna och ger honom kraften till virtuell manipulation. Ljuset verkar låta honom styra skärmen som om det vore en pekskärm, men han rör ingenting annat än luft.
Den tekniken är fortfarande science fiction, men en ny studie kan föra det närmare verkligheten. Ett team av forskare från Japan rapporterar den här veckan i Bokstäver i tillämpad fysik , att de har upptäckt ett fenomen som kallas den fotodielektriska effekten, vilket kan leda till laserstyrda pekskärmar.
Ett antal grundläggande kretskomponenter har utvecklats utöver deras traditionella elbaserade konstruktioner för att istället styras med ljus, som fotomotstånd, fotodioder, och fototransistorer. Dock, det finns ännu ingen fotokondensator.
"En fotokondensator ger ett nytt sätt att använda elektroniska enheter med ljus, "sade Hiroki Taniguchi vid University of Nagoya i Japan." Det kommer att driva utvecklingen av elektronik till nästa generations fotoelektronik. "
Kondensatorer är grundkomponenter för alla typer av elektronik, fungerar ungefär som hinkar för elektroner som kan, till exempel, lagra energi eller filtrera oönskade frekvenser. Enkelt, en kondensator består av två parallellt ledande plattor åtskilda av ett elektriskt isolerande material, kallas en dielektrikum, som luft eller glas. Att applicera en spänning över plattorna får motsatta (och lika) laddningar att byggas upp på båda plattorna.
Dielektrikets egenskaper spelar en avgörande roll för den elektriska fältprofilen mellan plattorna och, i tur och ordning, hur mycket energi kondensatorn kan lagra. Genom att använda ljus för att öka en egenskap hos dielektrikum som kallas permittivitet, Taniguchi och hans kollegor hoppas kunna skapa ljusstyrda kondensatorer.
Tidigare forskare har uppnått en typ av foto-dielektrisk effekt med olika material, men förlitade sig på fotokonduktans, där ljus ökade materialets elektriska konduktivitet. Ökningen av konduktans, det visar sig, leder till större dielektrisk permittivitet.
Men denna typ av yttre fotodielektrisk effekt är inte lämplig för praktiska tillämpningar, sa Taniguchi. En kondensator måste vara en bra isolator, förhindrar att elektrisk ström flödar. Men under den yttre fotodielektriska effekten, en kondensators isoleringsegenskaper försämras. Dessutom, en sådan kondensator skulle bara fungera med lågfrekvent växelström.
Nu har Taniguchi och hans kollegor hittat en inneboende fotodielektrisk effekt i en keramik med kompositionen LaAl9.9Zn0.01O3-δ. "Vi har demonstrerat förekomsten av den fotodielektriska effekten experimentellt, " han sa.
I deras experiment, de lyste en ljusemitterande diod (LED) på keramiken och mätte dess dielektriska permittivitet, som ökade även vid höga frekvenser. Men till skillnad från tidigare experiment som använde den yttre fotodielektriska effekten, materialet förblev en bra isolator.
Avsaknaden av en betydande förlust betyder att lysdioden direkt ändrar materialets dielektriska permittivitet, och, särskilt, ökar inte konduktansen, som är fallet med den yttre effekten. Det är fortfarande oklart hur den inneboende fotodielektriska effekten fungerar, Taniguchi sa, men det kan ha att göra med defekter i materialet.
Ljus exciterar elektroner till högre (kvantiserade) energitillstånd, men kvanttillstånden för defekter är begränsade till mindre regioner, vilket kan hindra dessa fotoexciterade elektroner från att resa tillräckligt långt för att generera en elektrisk ström. Hypotesen är att elektronerna förblir fångade vilket leder till mer elektrisk isolering av det dielektriska materialet.
Mer forskning behövs innan vi får se ljusstyrda skärmar, men arbetet är ett viktigt steg för fältet. Ytterligare forskning kommer att öka effekten ännu mer, minimera eventuell energiförlust på grund av en minskning av dielektriska egenskaper, och optimera materialtillverkningsprocessen, Sa Taniguchi. Ytterligare studier kan också avslöja nya material som är bättre lämpade för andra elektronikapplikationer.
