Badają "niewidoczne" elektrony

Elektrony poruszają się w materiałach w sposób podobny do tego, w jaki poruszają się w nich fale elektromagnetyczne, np. światło. To natchnęło naukowców do wykorzystania w odniesieniu do elektronów mechanizmów ukrywania obiektów przed falami elektromagnetycznymi. Takie mechanizmy znamy np. z metamateriałów, które pozwalają np. na zagięcie światła w taki sposób, by ominęła ona wybrane przedmioty, czyniąc je niewidocznymi.

Bolin Liao, Keivan Esfarjani, Gang Chen z MIT-u oraz Mona Zebarjadi z Rutgers University stworzyli teoretyczny model nanocząsteczek, których wnętrze zbudowane jest z jednego materiału, a część zewnętrzna z innego. Droga elektronów, przechodzących przez takie nanocząsteczki zostaje najpierw odchylona w jedną stronę, a następnie w przeciwną tak, że w efekcie powracają one do swojej pierwotnej trajektorii. Komputerowe symulacje wykazały, że można osiągnąć taki efekt. Teraz uczeni spróbują zbudować tego typu materiał. Co więcej, mimo iż symulacje prowadzili dla tradycyjnych półprzewodników, do budowy praktycznego urządzenia chcą wykorzystać też np. grafen.

Oczywiście, rodzi się pytanie, po co to wszystko.
Uczeni... na razie nie są pewni. Mają jednak kilka pomysłów. Po pierwsze, sądzą, że pozwoli to badać i w praktyce wykorzystać nowe właściwości materiałów. Niewykluczone, że przyczyni się do powstania wydajnych materiałów termoelektrycznych, czyli takich, które bezpośrednio zamieniają energię cieplną w energię elektryczną. Takie materiały byłyby niezwykle użyteczne. W wielu wykorzystywanych przez ludzi urządzeniach, np. w silnikach czy procesorach, znaczna część energii jest marnowana. Zamienia się bowiem w energię cieplną. Nie tylko nie jest ona wykorzystywana, ale często też dodatkowych nakładów energetycznych wymaga odprowadzenie ciepła od urządzenia. Materiał termoelektryczny pozwoliłby na zamianę tej energii w prąd i jego wykorzystanie. Niestety, materiał taki musi charakteryzować się jednocześnie wysokim przewodnictwem elektrycznym i niskim przewodnictwem cieplnym. Niewiele materiałów spełnia jednocześnie oba warunki. Tymczasem opisywane powyżej symulacje wykazały, że materiał "ukrywający" elektrony sprawowałby się świetnie w roli materiału termoelektrycznego.

Teoretyczny materiał pozwoliłby też znacznie lepiej kontrolować przepływ elektronów, co z kolei umożliwiłoby zbudowanie o wiele doskonalszych czujników i filtrów. Uczeni zauważają, że mogłyby powstać nowe rodzaje przełączników elektronicznych. Takich, które przełączałyby się pomiędzy "przezroczystymi" a "nieprzezroczystymi" elektronami.

Jesteśmy dopiero na początku drogi. Nie wiemy jak daleko dojdziemy, ale już można w tym dostrzec pewien potencjał - mówi profesor Chen.

elektron metamateriał materiał termoelektryczny