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新世代エネルギーフレンドリなオプトエレクトロニクスにつながる新理論

August, 26, 2016, London--クイーンズ大学ベルファスト(Queen’s University Belfast)とETHチューリッヒの研究グループは、物理学者やデバイスエンジニアがより優れたオプトエレクトロニクス設計に役立てることができる新しい理論的枠組みを考案した。これにより、光を放出、検出、制御する電子デバイスの発熱と消費電力が下がる。
 研究に関しては、研究者は2D材料が静電場に対してどの程度透明になるかを定量化できると、クイーンズの原子論的シミュレーション研究センタのDr Elton Santosは話している。「論文で、2D材料が静電場に対して1原子厚の限界までの透明度予測し定量化する理論的枠組みの開発を報告した」。
 「電気バイアスを使うだけで材料の透明性を変えることができる、例えば任意に暗くしたり明るくしたりできると考えている。これは、例えばモバイルフォン技術では、どんな意味をもつか。これが、われわれの最初の自問だった」とSantos氏は説明している。「これが、バルク半導体(例えば従来のSiマイクロチップ)における電荷キャリア分布の微視的制御ができることが分かった。このことは、物理学者やデバイスエンジニアがより優れた量子キャパシタ、高エネルギー密度を維持できるサブアトミックパワー蓄積コンポーネントアレイを設計する際に役立つ。例えば、バッテリ、縦型トランジスタなどだ。消費電力や熱散逸が少なく(コールドデバイス)、より高性能の次世代のオプトエレクトロニクスにつながる。言い換えると、よりスマートなスマートフォンである」。
 将来の開発でこの理論がいかに重要な意味を持つかを説明しながら、Dr Santosは、次のように話している。
「われわれの現在のモデルは、2D材料層とバルク半導体との間に形成された界面を考えている。原理的に、われわれのアプローチはただちにマルチ2D材料スタックに拡張可能である。はっきり言うと、ファンデルワールスヘテロ構造を最近作製した。これによりわれわれは、実際の製造に先立ってこのような最先端のデバイスを設計し挙動を予測できるようになるので、様々なアプリケーションで開発が著しく容易になる。われわれは、高価な実験室作業やテストトライアルの必要性を減らしながら、多様な2D結晶の適切な組み合わせを探求するコンピュータシミュレーションを行う」。