Snellere computers. Efficiëntere zonnepanelen. Krachtigere elektrische auto's.

Onderzoekers van Northeastern helpen deze technologische vooruitgang te realiseren. Ze ontwikkelen manieren om de elektrische en magnetische eigenschappen te veranderen van materialen die worden gebruikt om circuits te maken die de elektronica die we dagelijks gebruiken van stroom voorzien.

"Het soort ideeën dat we onderzoeken, geeft ons een manier om meer uit een materiaal te halen, " zegt Gregory Fiete, een natuurkundeprofessor aan Northeastern. "We zouden materialen kunnen nemen die algemeen worden gebruikt in elektronica, zoals silicium of galliumarsenide in je smartphone, en we kunnen ze dingen laten doen die ze nu niet doen."

Materialen zoals silicium hebben onderzoekers geholpen betrouwbare, goedkoop, energie-efficiënte circuits om onze elektronica van stroom te voorzien. Natuurkundigen werken aan de volgende ontwikkelingen met behulp van nieuwe, complexere materialen. In recente jaren, ze hebben kunnen veranderen hoe deze nieuwe materialen elektriciteit geleiden of omgaan met licht, onder andere, door ze in de buurt van een sterke magneet te plaatsen of door ze op een batterij aan te sluiten. Dit heeft nieuwe mogelijkheden geopend voor de engineering van de volgende generatie elektronica.

Nutsvoorzieningen, Fiete en zijn promovendus Michael Vogl hebben een theoretische manier aangetoond om deze elektrische en magnetische eigenschappen voorspelbaar te veranderen door het materiaal met een laser te beschieten.

De eigenschappen van een materiaal, inclusief of het een effectieve geleider van elektriciteit is, hangt af van de rangschikking van de elektronen erin. Een stabiel magnetisch veld of een stroom van een batterij kan die opstelling veranderen. Een laser kan hetzelfde doen, maar het is iets ingewikkelder om te voorspellen. Lasers zijn goed georganiseerde lichtgolven; de elektromagnetische velden die ze creëren, fluctueren voortdurend.

"Als de lichtpuls door een materiaal beweegt, het verandert de eigenschappen van het materiaal op een zeer dramatische manier, en vaak op zeer korte tijdschalen, "zegt Fiete. "Het werk dat we hebben gedaan, helpt ons te begrijpen wat voor soort puls we moeten gebruiken om bepaalde gewenste effecten te krijgen."

De steeds veranderende aard van licht kan natuurkundigen ook helpen om de materialen in nieuwe toestanden te brengen die niet met andere methoden kunnen worden bereikt. Sommige van deze nieuwe toestanden kunnen een materiaal gevoeliger maken voor elektrische of magnetische velden, die kunnen worden gebruikt om medische technologie en beveiligingssensoren te verbeteren. Anderen maken het misschien efficiënter in het dragen van informatie, die kunnen worden gebruikt om internetverbindingen te versnellen.

"Wat we in mijn gemeenschap doen, is proberen de basisprincipes te begrijpen waarmee de natuur werkt, zegt Fiete. "Dan worden die principes opgepikt door, zeggen, elektrotechnici die ze willen gebruiken om een ​​sensorapparaat of een communicatieapparaat te bouwen. Het verspreidt zich naar boven en naar buiten naar veel verschillende sectoren."