Metamaterialen zijn kunstmatige materialen die zijn ontworpen om eigenschappen te hebben die niet in de natuur voorkomen. Een van de meest opwindende potentiële toepassingen van metamaterialen is het vermogen om de effectieve massa van elektronen te controleren. Dit zou kunnen leiden tot een nieuwe generatie elektronische apparaten die sneller, efficiënter en krachtiger zijn.

In een nieuwe studie hebben onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, een manier getoond om de effectieve massa van elektronen in een metamateriaal tot bijna nul terug te brengen. Dit werd gedaan door een metamateriaal te creëren met een periodieke reeks kleine metalen staafjes. De staafjes zijn zo gerangschikt dat ze een sterk elektrisch veld creëren dat de elektronen in het metamateriaal naar elkaar toe duwt. Deze interactie tussen de elektronen en het elektrische veld vermindert hun effectieve massa.

De onderzoekers zijn van mening dat hun bevindingen zouden kunnen leiden tot een nieuwe klasse elektronische apparaten die gebaseerd zijn op de controle van de effectieve elektronenmassa. Deze apparaten kunnen voor een verscheidenheid aan toepassingen worden gebruikt, zoals hogesnelheidstransistors, lasers met laag vermogen en ultragevoelige sensoren.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials.

Hoe werkt het?

De onderzoekers creëerden een metamateriaal met een periodieke reeks kleine metalen staafjes. De staafjes zijn zo gerangschikt dat ze een sterk elektrisch veld creëren dat de elektronen in het metamateriaal naar elkaar toe duwt. Deze interactie tussen de elektronen en het elektrische veld vermindert hun effectieve massa.

De effectieve massa van een elektron is een maatstaf voor hoe moeilijk het voor het elektron is om te bewegen. Hoe lager de effectieve massa, hoe gemakkelijker het elektron kan bewegen. In het door de onderzoekers gecreëerde metamateriaal werd de effectieve massa van de elektronen teruggebracht tot bijna nul. Dit betekent dat de elektronen heel gemakkelijk door het metamateriaal kunnen bewegen.

Wat zijn de mogelijke toepassingen?

De onderzoekers zijn van mening dat hun bevindingen zouden kunnen leiden tot een nieuwe klasse elektronische apparaten die gebaseerd zijn op de controle van de effectieve elektronenmassa. Deze apparaten kunnen voor verschillende toepassingen worden gebruikt, zoals:

* Hogesnelheidstransistoren:Transistors zijn elektronische schakelaars die de stroomstroom in een circuit regelen. De snelheid van een transistor wordt beperkt door de effectieve massa van de elektronen in de transistor. Door de effectieve massa van de elektronen te verminderen, is het mogelijk om transistors te maken die veel sneller zijn.

* Lasers met laag vermogen:Lasers zijn apparaten die licht uitstralen. Het stroomverbruik van een laser is evenredig met de effectieve massa van de elektronen in de laser. Door de effectieve massa van de elektronen te verminderen, is het mogelijk lasers te maken die minder stroom verbruiken.

* Ultragevoelige sensoren:Sensoren zijn apparaten die veranderingen in de omgeving detecteren. De gevoeligheid van een sensor wordt beperkt door de effectieve massa van de elektronen in de sensor. Door de effectieve massa van de elektronen te verminderen, is het mogelijk sensoren te maken die gevoeliger zijn.

Conclusie

De bevindingen van de onderzoekers zouden kunnen leiden tot een nieuwe generatie elektronische apparaten die sneller, efficiënter en krachtiger zijn. Deze apparaten kunnen een breed scala aan toepassingen hebben, van snelle computers tot lasers met laag vermogen en ultragevoelige sensoren.