'살아있는' 전극이 기존 실리콘 전자 제품에 새로운 생명을 불어넣다

전력을 많이 사용하지 않는 고속 전자 장치는 무선 통신에 유용합니다. 고속 작동은 전통적으로 장치를 더 작게 만들어 달성되었지만 장치가 더 작아짐에 따라 제작이 점점 더 어려워지고 있습니다. 우리는 막다른 길에 도달했을까요?

아직은 아닙니다! 오사카 대학의 한 연구팀은 장치 성능을 개선하는 또 다른 방법을 모색하고 있습니다. 패턴이 있는 금속 층, 즉 구조적 메타물질을 전통적인 기판(예: 실리콘) 위에 놓아 전자 흐름을 가속화하는 것입니다.

이 방법은 유망하지만, 문제는 메타물질의 구조를 제어 가능하게 만들어 실제 상황에 맞춰 메타물질의 속성을 조절하는 것입니다.

해결책을 찾기 위해 연구팀은 이산화바나듐(VO 2)을 조사했습니다. 적절하게 가열하면 VO 2 층의 작은 영역이 절연체에서 금속성으로 변환됩니다.

이러한 금속 영역은 전하를 운반할 수 있으므로 작은 동적 전극처럼 작동합니다.

연구원들은 이러한 행동을 이용하여 테라헤르츠 빛에 대한 실리콘 광검출기의 반응을 선택적으로 향상시키는 '살아있는' 미세 전극을 제작했습니다.

"우리는 VO 2를 메타물질로 포함하는 테라헤르츠 광검출기를 제작했습니다." 주저자인 아이 오사카가 설명했습니다.

"정밀한 가공 방법을 사용하여 실리콘 기판에 고품질 VO 2 층을 제조했습니다. VO 2 층의 금속 도메인 크기는 기존에 달성된 것보다 수십 배 더 크며, 온도 조절을 통해 제어되었으며, 이는 테라헤르츠 광에 대한 실리콘 기판의 반응을 조절했습니다."

온도가 적절히 조절되면 VO2 내의 금속 도메인은 전도성 네트워크를 형성하여 실리콘 층의 국부 전기장을 제어하고 테라헤르츠 빛에 대한 감도를 높였습니다.

수석 저자인 아즈사 하토리는 "광 검출기를 56°C로 가열하면 신호가 강력하게 향상됩니다."라고 덧붙였습니다.

"우리는 이 향상을 이 온도에서 실리콘 층과 동적 전도성 VO 2 마이크로전극 네트워크 간의 효과적인 결합에 기인했습니다. 즉, VO 2 메타물질의 온도 제어 구조는 전기장 향상을 조절하고 따라서 실리콘의 이온화에 영향을 미칩니다."

'살아있는' VO 2 금속 영역 의 온도 조절된 거동은 테라헤르츠 빛에 대한 실리콘의 반응을 향상시켰습니다.

이러한 결과는 속도와 효율성 요구 사항을 충족하기 위해 기존 소재의 한계를 극복하는 고급 전자 제품의 개발을 촉진하는 메타소재의 잠재력을 보여줍니다.

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