壓電電子學

壓電效應是指特定晶體材料在應力作用下變形時所產生電壓的現象，即一種機械能與電能互換的現象。這種現象是1880年由皮埃爾·居里和雅克·居里兄弟發現的。壓電材料發生壓電效應的原因，是因為其內部原子的特殊排列方式，使得材料有了應力場和電場耦合的效應。壓電效應已被廣泛應用於微機械傳感、器件驅動和能源領域。

基於壓電效應的新型納米電子邏輯器件，這種邏輯器件的開關可以通過外加在氧化鋅納米線上的應力所產生的電場調控，進而實現基本和複雜的邏輯功能。傳統的場效應晶體管中，一種場效應開關調控了半導體中電流的方向；這種電場是靠外加的電壓。而這種新型納米邏輯器件的開關場則是通過氧化鋅納米線的機械變形來產生的晶體內部場，它可以取代傳統金屬氧化物半導體（CMOS）器件中柵極電壓的作用，從而可調控載流子的運動。CMOS晶體管的研究致力於高速運算，與之互補，新型納米壓電邏輯器件適用於低頻應用領域。基於壓電效應的新型納米電子邏輯器件的基本元件包括晶體管和二極管，可廣泛應用於納米機器人、納米機電系統、微機電系統、微流體器件中。調控這類邏輯器件的信號應力可以是簡單的按鈕動作，也可由液體流動、肌肉的伸縮或機器人部件的運動所產生。利用機械應變作為柵極門控制信號的氧化鋅納米線壓電晶體管（strain-gated-transistor）是這一組新型邏輯器件的基本組成元件。每個氧化鋅納米線壓電晶體管由一根集成在柔性襯底上的氧化鋅納米線和其兩端的源漏金屬電極構成。改變作用在柔性襯底上的應力，在納米線中應變極性發生相應的改變，進而實現對壓電晶體管的觸發調控。

2007年，基於納米級壓電和半導體性能的巧妙耦合，著名科學家王中林（中國科學院外籍院士、美國佐治亞理工學院董事教授）首次提出了壓電電子學的概念，即利用壓電勢能來調製和控制半導體中的電流。借用氧化鋅納米結構同時具備半導體性和壓電性的獨特性質，他們製備出第一個壓電三極管和壓電二極管，《自然—納米技術》將之稱為壓電電子效應。