อิเล็กทรอนิกส์ วิศวกรที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานดิเอโกได้ใช้วัสดุพิเศษเพื่อพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์และควบคุมแสงครั้งแรกในโลก การนำไฟฟ้าเป็นสองเท่าสูงกว่าปกติ เทคโนโลยีนี้จะเป็นประโยชน์ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความเร็วสูงและพลังงานสูงและคาดว่าจะผลิตแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ประสิทธิภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิมเช่นทรานซิสเตอร์จะถูกจำกัดโดยคุณสมบัติของวัสดุ ตัวอย่างเช่นคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำจำกัดการนำไฟฟ้าหรือการไหลของอิเล็กตรอนของอุปกรณ์ เพราะสารกึ่งตัวนำมีช่องว่างแถบที่เรียกว่าซึ่งหมายความว่ามันต้องใช้พลังงานจากภายนอกเพื่อให้อิเล็กตรอนกระโดดข้ามช่องว่าง นอกจากนี้ความเร็วของอิเล็กตรอนจะถูกจำกัดเพราะเมื่ออิเล็กตรอนผ่านสารกึ่งตัวนำพวกเขามักจะชนกับอะตอมในสารกึ่งตัวนำ

ทีมแม่เหล็กไฟฟ้าประยุกต์นำโดยแดนซีเวอร์ไพเพอร์ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าที่ UC San Diego กล่าวถึงการใช้อิเล็กตรอนอิสระพื้นที่แทนสารกึ่งตัวนำเพื่อเอาชนะข้อจำกัดของอิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิม อิบราฮิมฟาราเดย์ผู้เขียนคนแรกของการศึกษากล่าวว่า " เราหวังว่าจะบรรลุเป้าหมายนี้ในระดับจุลภาค "

อย่างไรก็ตามกระบวนการของการปลดปล่อยอิเล็กตรอนจากวัสดุที่ท้าทาย กระบวนการที่ต้องใช้ทั้งแรงดันสูงอย่างน้อยร้อยโวลต์และเลเซอร์ยูวีพลังงานสูงหรืออุณหภูมิสูงมากเกินกว่า 1000 ฟาเรนไฮต์ซึ่งไม่สมจริงสำหรับไมครอนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับนาโนเมตร

ภาพ SEM ของสารกึ่งตัวนำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และพื้นผิวทองบนซ้ายบนขวาล่าง

เพื่อรับมือกับความท้าทายนี้ทีมตะวันตกไพเพอร์ได้ออกแบบอุปกรณ์ที่ปล่อยอิเล็กตรอนจากวัสดุที่มีความต้องการน้อยสำหรับการปล่อย

อุปกรณ์ประกอบด้วยพื้นผิวซิลิคอนซิลิกาบล็อกชั้นและพื้นผิวทางวิศวกรรมที่ด้านบน " ย่อยพื้นผิว " พื้นผิวของแว่นตาประกอบด้วยอาร์เรย์ขนานทองและเห็ดรูปนาโนโครงสร้าง

การออกแบบพื้นผิวโลหะที่ใช้ในการผลิต " ฮอตสปอต " สนามไฟฟ้าแรงสูงจะถูกสร้างขึ้นเมื่อใช้ทั้ง DC แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 10โวลต์และเลเซอร์อินฟราเรดพลังงานต่ำ เหล่านี้ " ฮอตสปอต " พลังงานเพียงพอ " ดึงเร้า " อิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาจากโลหะและปล่อยอิเล็กตรอนอิสระ

ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า อิบราฮิมกล่าวว่า " ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถควบคุมอิเล็กตรอนอิสระมากขึ้น "

เพปเปอร์ตะวันตกกล่าวว่า " แน่นอนนี้ไม่ได้แทนที่อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำทั้งหมดแต่สำหรับการใช้งานที่เฉพาะเจาะจงนี้อาจเป็นทางออกที่ดีที่สุดเช่นความถี่สูงหรืออุปกรณ์พลังงานสูง "

ตามที่นักวิจัยปัจจุบันหรือพื้นผิวที่เหนือกว่าเป็นเพียงหลักฐานของแนวคิดการออกแบบ สำหรับชนิดที่แตกต่างกันของอุปกรณ์ microelectronic การออกแบบพื้นผิวที่แตกต่างกันและการเพิ่มประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็น นักวิจัยกล่าวว่าขั้นตอนต่อไปคือการเข้าใจความยืดหยุ่นของอุปกรณ์เหล่านี้และข้อจำกัดของประสิทธิภาพของพวกเขา ”

นอกเหนือจากการประยุกต์ใช้อิเล็กทรอนิกส์ทีมยังสำรวจการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีอื่นๆเช่นเคมีและ photocatalytic เพื่อให้บรรลุอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์ใหม่หรือการประยุกต์ใช้ด้านสิ่งแวด