Interruptores de nanoengenharia de próxima geração podem reduzir a perda de calor em eletrônicos

Os dispositivos eletrônicos perdem energia como calor devido ao movimento de elétrons. Agora, a Avanço em nanoengenharia Produziu um novo tipo de interruptor que corresponde ao desempenho dos melhores designs tradicionais, além dos limites de consumo de energia da eletrônica moderna.

Pesquisadores da Universidade de Michigan alcançaram o que os cientistas tentam executar há muito tempo: projetar eletrônicos que aproveitam os excitons-os passos de um elétron e um orifício correspondente (um elétron ausente) ligados juntos, formando uma partícula neutra em termos de carga-em vez de elétrons.

O recém -projetado dispositivo optoexcitonics (neo) apresentou um Deselenídeo de tungstênio (WSE₂) monocamada em um dióxido de silício cônico (SIO₂) Nanoridge. O Change alcançou uma redução de 66% nas perdas em comparação aos interruptores tradicionais, superando uma relação On -OFF de 19 dB à temperatura ambiente, um desempenho que rivaliza com os melhores interruptores eletrônicos disponíveis no mercado.

As descobertas são publicadas em ACS Nano.

A jornada de elétrons através de um condutor nem sempre é suave. Embora os materiais condutores permitam que os elétrons fluam através deles, eles resistem ao fluxo de elétrons até certo ponto. A resistência ao fluxo faz com que parte da energia nos elétrons se converta energia térmica. Essa emissão de energia como calor é o que aquece laptops, smartphones e outros eletrônicos domésticos.

Como os excitons não carregam um carga elétricaeles reduzem drasticamente perda de energia e melhorar a eficiência. No entanto, os cientistas lutaram para controlar os excitons porque não têm cobrança, dificultando a movimentá -los rapidamente, em uma direção controlada e por distâncias por tempo suficiente para aplicações práticas, como interruptores.

Para o dispositivo NEO, os pesquisadores aproveitaram excitons em uma monocamada de diselenida de tungstênio (WSE₂), um materials com um energia de ligação Alto o suficiente para manter os excitons estáveis, mesmo à temperatura ambiente. O WSE₂ A camada foi então colocada em um dióxido de silício cuidadosamente projetado (SIO₂) Nanoridge com afastados.

A configuração permitiu aos pesquisadores superar questões de longa information, permitindo interações fortes entre excitons claros e escuros (excitons que não emitem luz), resultando em um efeito quântico que pode puxar toda a população de exciton para transportar mais e mais rápido – até 400% a mais que os guias de exciton populares.

A interação exciton-luz também gerou uma forte força opto-excitônica que formou um barreira energética Capaz de bloquear o fluxo de exciton para alternar o sinal “desligado” e reverter o processo quando necessário. Além disso, o dispositivo NEO controlava a direcionalidade de exciton usando uma estrutura de nanoridge cônica, que cria uma força direcional que atua como um guia fotônico, dirigindo excitons ao longo de um único caminho bem definido.

Os pesquisadores observam que suas descobertas demonstram como um projeto estrutural personalizado pode aprimorar e controlar o transporte de exciton, abrindo caminho para dispositivos excitônicos de próxima geração que preenchem a lacuna entre eletrônicos e fotônicos.

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