ナノスケールデバイス：テラヘルツ用途向けの電子メタデバイス

エレクトロニクスは、より高速で高集積化されたデバイスへの絶え間ないニーズに応えるために主に小型化に頼って進化してきた。しかし、チャネルの長さが短くなるにつれ、古典的な電子デバイスは、材料の能力を最大限に利用し、最終的にはさらに小型化することを阻む基本的な問題に直面している。例えば、トンネル接合を通したキャリア注入はチャネル抵抗を支配するが、その一方で、高い寄生容量は最高動作周波数を大幅に制限する。加えて、こうした極めて小さいデバイスは、電場が極端に高いため数ボルトしか保持できず、最大供給電力が制限される。今回我々は、そうした従来の限界に挑み、ラジオ周波数場を微視的に操作して極めて優れた電子特性をもたらす電子メタデバイスの概念を提案する。このデバイスは、ダイオードやトランジスターなどの従来デバイスにおける電子の流れの制御に代わる手段として、深サブ波長スケールの集団的電磁相互作用の静電的制御に基づいて動作する。これによって、10 THzを大きく上回るカットオフ周波数性能指数、記録的に高いコンダクタンス値、極端に高い破壊電圧、ピコ秒スイッチング速度を示す新種の電子デバイスが可能になる。今回の研究は、次世代の超高速半導体デバイスの土台を築くとともに、エレクトロニクスと光学の溝を埋める可能性がある新しいパラダイムを提示している。

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