ENGINEERINGNET -- Het concept is ontwikkeld door MIT-student Bolin Liao, onderzoekers Mona Zebarjadi en Keivan Esfarjani, en professor Gang Chen.
De manier waarop elektronen zich in materialen verplaatsen is vergelijkbaar met die van elektromagnetische, golven, waaronder licht.
Dat gedrag kan worden beschreven in golfvergelijkingen. Dat bracht de MIT-onderzoekers op het idee om onzichtbaarheidstechnieken voor licht toe te passen op elektronen.
Eerder werk om voorwerpen onzichtbaar te maken ging uit van zogeheten metamaterialen met bijzondere eigenschappen. Zij zorgen ervoor dat lichtbundel om het voorwerp heen buigen en an de andere kant hun originele pad weer normaal vervolgen, zodat het voorwerp onzichtbaar lijkt.
De MIT-wetenschappers maakten modellen van nanodeeltjes met een kern en een schil van verschillend materiaal. Maar in dit geval lieten ze de elektronen niet òm, maar juist dòòr het deeltje heen buigen.
Hun pad wordt eerst naar een kant afgebogen, dan weer terug zodat ze terugkeren in het traject waarin ze begonnen.
In computersimulaties lijkt het concept te werken, zegt Liao. Nu gaat het team daadwerkelijk componenten bouwen om te zien of ze echt zo werken als verwacht. "Dit is de eerste stap - een theoretisch voorstel", zegt Bolin Liao. "We willen verder onderzoek uitvoeren om tot echte producten te komen".
In het eerste concept werden deeltjes ingebed in een normaal halfgeleidersubstraat, maar de wetenschappers willen ook onderzoeken of het reultaat kan worden herhaald met andere materialen, zoals tweedimensionale vellen grafeen, wat mogelijkextra interessante eigenschappen kan opleveren.
Het oorspronkelijke idee van de MIT-onderzoekers was om materialen te optimaliseren die worden gebruikt in thermo-elektrische componenten, waar elektrische stroom wordt opgewekt ten gevolge van een temperatuurgradiënt.
Dergelijke componenten vereisen een lastig te realiseren combinatie van karakteristieken: goede elektrische geleiding (zodat de opgewekte stroom vrij kan stromen), maar een lage thermische geleiding (om een temperatuurgradiënt in stand te houden). Slechts weinig materialen beschikken over deze tegenstijdige karakteristieken.
Voor de simulaties werden deeltjes gebruikt met afmetingen van enkele nanometers, overeenkomstig de golflengte van stromende elektronen. Dat verbetert de elektronenstroom bij bepaalde energieniveaus met enkele grootte-orden ten opzichte van traditionele doteringen.
En dat zou kunnen leiden tot efficiëntere filters of sensoren, stellen de onderzoekers. "Als de componenten op computerchips kleiner worden", zegt Chen, "moeten we met strategieën komen om het elektronentransport te beheersen. En dit zou een bruikbare benadering kunnen zijn."
Ook kan het concept volgens Chen leiden tot een nieuw soort elektronische schakelaars. Die zouden werken door omschakelen van transparante naar niet-doorzichtige deeltjes, waardoor een stroom wordt in- of uitgeschakeld. "We staan nog maar aan het begin en we weten nog niet hoe ver dit kan gaan. Maar er is zeker een kans op significante toepassingen."
(bron: Engineers Online)
De illustratie bovenaan toont de ‘waarschijnlijke elektronenflux' een representatie van de paden van elektronen die door een ‘onzichtbaar'nanodeeltje worden geleid. Hun pad wordt afgebogen als zij het deeltje binnentreden, maar gaat uiteindelijk weer verder op de oorsponkelijke weg - alsof het deeltje er niet is. (ill.: Bolin Liao et al.)
