Metamaterial är konstgjorda material konstruerade för att ha egenskaper som inte finns i naturen. En av de mest spännande potentiella tillämpningarna av metamaterial är förmågan att kontrollera den effektiva massan av elektroner. Detta kan leda till en ny generation av elektroniska enheter som är snabbare, effektivare och kraftfullare.

I en ny studie har forskare från University of California, Berkeley, visat ett sätt att minska den effektiva massan av elektroner i ett metamaterial till nästan noll. Detta gjordes genom att skapa ett metamaterial med en periodisk uppsättning av små metallstavar. Stavarna är arrangerade på ett sådant sätt att de skapar ett starkt elektriskt fält som trycker elektronerna i metamaterialet mot varandra. Denna interaktion mellan elektronerna och det elektriska fältet minskar deras effektiva massa.

Forskarna tror att deras fynd kan leda till en ny klass av elektroniska enheter som är baserade på kontroll av elektroneffektiv massa. Dessa enheter kan användas för en mängd olika applikationer, såsom höghastighetstransistorer, lågeffektlasrar och ultrakänsliga sensorer.

Studien är publicerad i tidskriften Nature Materials.

Hur fungerar det?

Forskarna skapade ett metamaterial med en periodisk uppsättning av små metallstavar. Stavarna är arrangerade på ett sådant sätt att de skapar ett starkt elektriskt fält som trycker elektronerna i metamaterialet mot varandra. Denna interaktion mellan elektronerna och det elektriska fältet minskar deras effektiva massa.

En elektrons effektiva massa är ett mått på hur svårt det är för elektronen att röra sig. Ju lägre effektiv massa, desto lättare är det för elektronen att röra sig. I det metamaterial som forskarna skapade reducerades den effektiva massan av elektronerna till nästan noll. Detta gör att elektronerna kan röra sig mycket lätt genom metamaterialet.

Vilka är de potentiella tillämpningarna?

Forskarna tror att deras fynd kan leda till en ny klass av elektroniska enheter som är baserade på kontroll av elektroneffektiv massa. Dessa enheter kan användas för en mängd olika applikationer, såsom:

* Höghastighetstransistorer:Transistorer är elektroniska omkopplare som styr strömflödet i en krets. Hastigheten hos en transistor begränsas av den effektiva massan av elektronerna i transistorn. Genom att minska den effektiva massan hos elektronerna är det möjligt att göra transistorer som är mycket snabbare.

* Lågeffektlasrar:Lasrar är enheter som avger ljus. Strömförbrukningen för en laser är proportionell mot den effektiva massan av elektronerna i lasern. Genom att minska elektronernas effektiva massa är det möjligt att göra lasrar som drar mindre ström.

* Ultrakänsliga sensorer:Sensorer är enheter som upptäcker förändringar i miljön. En sensors känslighet begränsas av den effektiva massan av elektronerna i sensorn. Genom att minska elektronernas effektiva massa är det möjligt att göra sensorer som är känsligare.

Slutsats

Forskarnas resultat kan leda till en ny generation av elektroniska enheter som är snabbare, effektivare och mer kraftfulla. Dessa enheter kan ha ett brett utbud av applikationer, från höghastighetsberäkning till lågeffektlasrar till ultrakänsliga sensorer.