Personages in enkele van de meer futuristische sciencefictionfilms, zoals "Minority Report" en "Iron Man, "Bedien computerschermen met gelikte en opzettelijke handbewegingen. In "Minority Report, " de protagonist, gespeeld door Tom Cruise, gebruikt handschoenen die aan de vingertoppen gloeien en hem de kracht van virtuele manipulatie geven. Het licht lijkt hem in staat te stellen het scherm te bedienen alsof het een touchscreen is, maar hij raakt niets anders dan lucht aan.

Die technologie is nog steeds sciencefiction, maar een nieuwe studie kan het dichter bij de realiteit brengen. Een team van onderzoekers uit Japan meldt deze week in Technische Natuurkunde Brieven , dat ze een fenomeen hebben ontdekt dat het fotodiëlektrische effect wordt genoemd, wat kan leiden tot lasergestuurde aanraakschermen.

Een aantal basiscircuitcomponenten is ontwikkeld buiten hun traditionele op elektriciteit gebaseerde ontwerpen om in plaats daarvan met licht te worden bestuurd, zoals fotoweerstanden, fotodiodes, en fototransistoren. Echter, er is nog geen fotocondensator.

"Een fotocondensator biedt een nieuwe manier om elektronische apparaten te bedienen met licht, "Zei Hiroki Taniguchi van de Universiteit van Nagoya in Japan. "Het zal de evolutie van elektronica naar de volgende generatie foto-elektronica pushen."

Condensatoren zijn basiscomponenten voor alle soorten elektronica, zich enigszins gedragen als emmers voor elektronen die kunnen, bijvoorbeeld, energie opslaan of ongewenste frequenties filteren. Meest eenvoudig, een condensator bestaat uit twee parallelle geleidende platen gescheiden door een elektrisch isolerend materiaal, een diëlektricum genoemd, zoals lucht of glas. Het aanbrengen van een spanning over de platen zorgt ervoor dat tegengestelde (en gelijke) ladingen zich op beide platen opbouwen.

De eigenschappen van het diëlektricum spelen een bepalende rol in het elektrische veldprofiel tussen de platen en, beurtelings, hoeveel energie de condensator kan opslaan. Door licht te gebruiken om een ​​eigenschap van het diëlektricum genaamd permittiviteit te vergroten, Taniguchi en zijn collega's hopen lichtgestuurde condensatoren te maken.

Eerdere onderzoekers hebben een soort foto-diëlektrisch effect bereikt met behulp van een verscheidenheid aan materialen, maar vertrouwden op fotogeleiding, waar licht de elektrische geleidbaarheid van de materialen verhoogde. De stijging van het geleidingsvermogen, het blijkt, leidt tot een grotere diëlektrische permittiviteit.

Maar dit type extrinsiek fotodiëlektrisch effect is niet geschikt voor praktische toepassingen, zei Taniguchi. Een condensator moet een goede isolator zijn, voorkomen dat elektrische stroom vloeit. Maar onder het extrinsieke fotodiëlektrische effect, de isolerende eigenschappen van een condensator verslechteren. In aanvulling, zo'n condensator zou alleen werken met laagfrequente wisselstroom.

Nu hebben Taniguchi en zijn collega's een intrinsiek fotodiëlektrisch effect gevonden in een keramiek met de samenstelling LaAl9.9Zn0.01O3-δ. "We hebben het bestaan ​​van het fotodiëlektrische effect experimenteel aangetoond, " hij zei.

In hun experimenten, ze schenen een lichtgevende diode (LED) op het keramiek en maten de diëlektrische permittiviteit, die zelfs bij hoge frequenties toenam. Maar in tegenstelling tot eerdere experimenten die het extrinsieke fotodiëlektrische effect gebruikten, het materiaal bleef een goede isolator.

Het ontbreken van een significant verlies betekent dat de LED direct de diëlektrische permittiviteit van het materiaal verandert, en, vooral, verhoogt de geleiding niet, zoals het geval is met het extrinsieke effect. Het is nog steeds onduidelijk hoe het intrinsieke fotodiëlektrische effect werkt, Taniguchi zei, maar het kan te maken hebben met defecten in het materiaal.

Licht wekt elektronen op in hogere (gekwantiseerde) energietoestanden, maar de kwantumtoestanden van defecten zijn beperkt tot kleinere gebieden, wat er voor kan zorgen dat deze foto-aangeslagen elektronen niet ver genoeg reizen om een ​​elektrische stroom op te wekken. De hypothese is dat de elektronen gevangen blijven, wat leidt tot meer elektrische isolatie van het diëlektrische materiaal.

Er is meer onderzoek nodig voordat we lichtgestuurde schermen zullen zien, maar het werk is een belangrijke stap voor het veld. Verder onderzoek zal proberen het effect nog meer te versterken, minimaliseer elke energiedissipatie als gevolg van een daling van de diëlektrische eigenschappen, en optimaliseer het materiaalvervaardigingsproces, zei Taniguchi. Verdere studies kunnen ook nieuwe materialen aan het licht brengen die beter geschikt zijn voor andere elektronische toepassingen.