加利福尼亞州圣地亞哥大學的工程師制造了第一個無半導體的光控微電子器件。使用超材料，工程師能夠構建一個微電子器件。當使用低電壓和低功率激光激活微電子器件時，器件顯示出1000％的電導率增加。

該發現這項工作在11月4日發表在Nature Communications上。

研究人員說，現有微電子器件（例如晶體管）的能力最終受其構成材料（例如其半導體）性質的限制。

例如，半導體可以對器件的電導率或電子流施加限制。半導體具有所謂的帶隙，意味著它們需要增加外部能量以使電子流過它們。當電子流過半導體時，電子不斷地與原子碰撞，因此電子速度受到限制。

由位于加利福尼亞州圣地亞哥市的電氣工程教授Dan Sievenpiper領導的應用電磁學研究小組試圖通過在空間中用自由電子替代半導體來消除這些導電性的障礙。“我們想在微尺度上做到這一點，”Sievenpiper實驗室前博士后研究生及本研究的第一作者Ebrahim Forati說。

然而，從材料中釋放電子是具有挑戰性的。它要么需要施加高電壓（至少100伏特），要么需要大功率激光器或極高的溫度（大于1000華氏度），這在微米和納米級電子設備中是不可用的。

為了解決這個挑戰，Sievenpiper的團隊制造了一個微尺度器件，可以不需要這樣的極端要求而從材料中釋放電子。該器件由硅晶片頂部的一個工程表面，稱為超材料表面組成，硅晶片和超材料表面之間具有一層二氧化硅。該表面由在平行金條陣列上的金蘑菇狀納米結構陣列組成。

金超材料表面是這樣設計的，當施加低DC電壓（低于10伏特）和低功率紅外激光器時，超材料表面產生具有高強度電場的“熱點”，其提供足夠的能量把電子從金屬材料中釋放出來，進入空間。

器件上的測試顯示電導率有1000％的變化。“這意味著更多的可用電子被操縱。”Ebrahim說。（工業和信息化部電子科學技術情報研究所張慧）