Електронните сигнали могат да се регулират динамично чрез нагряване и охлаждане на метаматериалите.

Изследователи от университета в Осака, Суита, Япония, са разработили нов начин за подобряване работата на електронните устройства. Изследването, публикувано в ACS Applied Electronic Materials, включва полагане на метаматериал, наречен ванадиев диоксид (VO₂), върху традиционна силициева подложка.

Този материал е интересен, тъй като може динамично да се променя от проводник в изолатор. Когато VO₂ се нагрее, в съединението се образуват и разширяват малки области, подобни на метал. Чрез контролиране на топлината тези метални области действат като „живи“ регулируеми електроди. Изследователите тестват това свойство, като са създали терахерцов фотоприемник, съдържащ VO₂. Водещият автор Ай Осака разясни това пред Tech Xplore.

„Използван е прецизен метод за обработка, за да се произведе висококачествен слой VO₂ върху силициевата подложка. Размерът на металните домени в слоя VO₂, десетки пъти по-голям от обичайно постигнатия, беше контролиран чрез регулиране на температурата, което от своя страна модулира реакцията на силициевия субстрат към терахерцовото излъчване.“

Друго свойство на този материал е способността му да усилва електрическите токове чрез ясно проявяващият се „лавинообразен ефект“. Когато VO₂ фокусира електрическото поле в миниатюрните пролуки между металните области, той предизвиква верижна реакция на движение на електроните, която предизвиква значително усилване на сигнала. Дори и съвсем слабите терахерцови импулси значително се усилват, което прави фотодетектора необичайно високочувствителен.

„Загряването на фотодетектора до 56°C води до сериозно усилване на сигнала“, казва съавторът Азуса Хатори.

Изследователите смятат, че освен подобряването на терахерцовото детектиране, производителите биха могли да интегрират устройствата, базирани на VO₂, в съществуващите полупроводникови технологии, при това с минимална модификация. Теоретично устройствата биха могли да използват прецизен контрол на температурата за динамично задействане на фазовия преход във VO₂, за да манипулират електронните сигнали. Технологията би могла да бъде от полза за платформи, където са необходими адаптивни компоненти на веригата, като например преконфигурируеми компютри или усъвършенствани системи за визуализация.

Възможността за фина настройка на електрическите свойства на материала го прави привлекателен кандидат за безжичните комуникационни системи от следващо поколение. Терахерцовият диапазон се намира между микровълновата и инфрачервената радиация, която телекомите вече проучват за свръхбърз пренос на данни. Устройствата, които ефективно откриват и модулират терахерцовите сигнали, могат да се окажат от решаващо значение за разработването на бъдещите 6G мрежи.

Този материал би могъл да доведе до появата на нови електронни устройства, които динамично регулират поведението си, включително подобрени сензори, високоскоростни комуникации и компютри от следващо поколение.