可由超快光碟機動的電流源
上面的可視化示意圖顯示了用於薄膜材料的石墨烯層。圖片來源：曼徹斯特大學
控制電子電流對於現代電子學來說是至關重要的，因為數據和信號都是由高速控制的電子流傳輸的。隨著技術的發展，對於傳輸速度的要求也越來越多。在埃爾朗根-紐倫堡的弗里德里希亞力山大大學（FAU）的物理學家已經成功實現了在石墨烯中使用一個單一的飛秒激光脈衝接通電流傳輸，一個飛秒相當於十億分之一秒的一百萬分之一。這相對於當今最有效的晶體管還要快一千倍以上。
科學家已經表明，在氣體、絕緣材料和半導體材料中用光引導電子是可能的。因此，從原理上講，可以實現電流的控制。然而，這個概念還沒有被應用於金屬材料，因為光通常不能穿透材料來控制電子。為了避免這種情況的影響，在Peter Hommelhoff教授和Heiko Weber教授的研究小組中，物理學家們利用了石墨烯，這種材料僅由一層碳原子組成。儘管石墨烯是一種很好的導體，但它的厚度足以讓一些光線穿透材料並實現電子的移動控制。
在他們的實驗中，科學家們用特別設計的波形在石墨烯上發射極短的激光脈衝。當這些光波擊中了石墨烯時，裡面的電子被投擲在一個方向，像鞭子的作用一樣。在強烈的光場下，電流會在一個光周期產生，即半個飛秒的時長。令人驚訝的是，儘管在這種巨大的力的作用下，量子力學仍然起著關鍵的作用，Takuya Higuchi博士說，他是該研究論文的第一作者。
研究人員發現石墨烯中的電流產生過程遵循複雜的量子力學。電子通過兩條路徑從初始狀態到激發態，而不是同一條通向同一目的地的分叉路。像波一樣，電子可以在分叉處同時在兩條路上流動。根據分裂的電子波之間的相對相位，當它們再次相遇時，電流可能非常大，或者根本就不存在。這就像水波一樣。
想像一個波浪衝擊著建築物的牆壁，同時向建築物的左邊和右邊流動。在大樓的盡頭，兩部分又相遇了。如果部分波在峰值處相遇，就會產生非常大的波，結果就是電流之和。如果一個波的高峰期，與另一個波的最低點相遇，那兩者就會相互抵消，沒有電流存在，Peter Hommelhoff教授說。我們可以利用光波來調節電子移動，併產生部分電能。
這一結果是電子學與光學結合的又一重要研究進展。在未來，該方法可以為實現超快電子在光頻率下的工作打開一扇大門。
來源：
https://phys.org/news/2017-09-fastest-light-driven-current-source.html
※日本物理學家用激光實現了快速的磁開關
※新型顯微技術實現了快速可靠的曲線納米結構的三維成像
TAG:實驗幫 |