据最新一期《自然·通信》杂志报道，美国工程师制作出首个无需半导体的光控微电子器件。该微型器件使用了一种新的超导材料，在施加低电压和低功率激光激活时，电导率可增加10倍。这项发现为研制速度更快、功率更强的无半导体微电子设备及更高效的太阳能板铺平了道路。

现有晶体管等微电子器件性能会受限于材料组成。半导体具有带隙，意味着其需要外部能量的推动才能使电子流动起来。而电子的速度是有限的，因为电子在流经半导体时，会不断与原子碰撞，所以半导体会限制器件的电导率或电流。

将电子从材料中释放出来是极具挑战性的工作，需要施加100伏以上的高压、高能激光，或是540℃以上的超高温，这无法应用于微型和纳米级电子器件。

加州大学圣地亚哥分校电子工程系教授丹·赛文皮珀（Dan Sievenpiper）领导的研究团队，找到了一种破除电导障碍的新方法并在微观尺度进行了验证。他们制作出的微型器件不需要上述极端条件就能从材料中释放出电子。该器件包含一个工程化“超表面”，这个超表面由蘑菇状金纳米结构组成，位于平行的金条带阵列之上。

这种设计使超表面在施加10伏以下的低电压和低能红外光时，会生成具有高强度电场的“热点”，从而提供足够的能量将电子从金属中拉出并释放出去。实验表明，器件的电导率有10倍以上的增加。

据该论文第一作者Ebrahim Forati所述，这个概念验证超材料表面已经在测试中实现了1000%的导电率变化范围，这意味着有更多的电子可被其操纵。

领队兼电气工程教授Dan Sievenpiper表示，该方法不会替代所有的半导体器件，但会是某些专业应用的最佳实现方法，比如需要大量电力、或者在超高频率下运行的器件。目前，研究团队正在探求该技术除电子学以外的其他应用，从而为制作出新型光伏器件提供可能。

文章链接：

Ebrahim Forati, et al, "Photoemission-based microelectronic devices," Nature Communications 7, Article number: 13399 (2016), doi:10.1038/ncomms13399

新闻链接：

Semiconductor-free microelectronics are now possible, thanks to metamaterials

（本文来源：科技日报；）

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