利用奈米結構打造電子斗蓬

美國研究人員受到光學隱形斗篷(invisible cloak)的啟發,提出一種製造「電子斗篷」(electron cloak)的方法。此裝置是由大小約為電子波長的奈米結構所組成,對於電子形同隱形。此新研究可望用來製作新穎電子元件,且可能有助於發展更佳的熱電材料,以增進能量的捕捉及轉換。

科學家已經成功利用超穎材料(metamaterial)製作出能隱匿物體不受電磁波的偵測的「隱形斗篷」。超穎材料是具有特殊光學性質如負折射率的人造結構。這些結構的排列方式使得入射光波沿著斗蓬周圍行進,並在另一端依原路徑射出,彷彿斗蓬並不存在。相同的原則也適用於聲波,使得斗篷對於聲音同樣具有「隱形」效果。

最近,根據麻省理工學院(MIT) Gang Chen研究團隊的理論計算,相同原理甚至能應用於電子上。他們提出製作電子斗蓬的實際設計方式,作法是將的大小與電子波長相當(此研究中約為10 nm)的殼核奈米微粒(core-shell nanoparticle)結構內嵌於半導體中,而且不會干擾電子的流動。

一般而言,電子會以物質波的型態行進一段距離,直到散射破壞電子的波相位。在這段所謂同調傳輸長度(coherent transport length)的距離內,粒子會展現如振幅疊加(即干涉)之類的波動性。團隊成員Bolin Liao表示,在他們的電子斗篷設計中,這些殼核奈米微粒提供了多重介面來反射電子波。透過仔細調整介面,這些反射波彼此間會產生破壞性干涉,以致於幾乎沒有反射發生。因此,擁有「正確能量」的電子波便能穿過這些奈米微粒結構而不被反射,彷彿路徑上沒有任何障礙物存在。

電子斗篷可以應用在需高電子遷移率的場合,例如半導體電子元件。Chen表示,他們亦能藉此設計新穎電子開關,使其具有對電子「可見」(visible)及「不可見」(invisible)的狀態。此外,電子的散射程度與結構的能量分佈有著相當敏銳的關係,此特性對於需強烈能量相關散射機制的應用有所助益,譬如適合應用於熱電元件中。

該團隊最近正著手打造此殼核奈米微粒電子斗篷,以驗證其理論預測,同時試圖將此概念延伸至低維度結構。詳見Phys. Rev. Lett.|doi: 10.1103/PhysRevLett.109.126806。

資料來源:Nanostructure could help make electron cloak. NanoTechWeb [Oct 1, 2012]

譯者:Yann-Bor Chen (Texas A&M University-Commerce)
責任編輯:蔡雅芝

轉載自 奈米科學網


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