德國物理學家使用光（而非電線）在萬億分之一秒內(nèi)切換超薄材料。

德國科學家發(fā)現(xiàn)了一種方法，可以利用太赫茲光的超短脈沖（而非傳統(tǒng)的電信號）來控制原子級薄的半導體。

這為電子元件（如晶體管或傳感器）開辟了新道路，這些元件由光（而非電線或緩慢的電子設備）控制，工作速度可快數(shù)千倍。為實現(xiàn)這一點，研究人員使用了太赫茲光（一種位于紅外線和微波之間的電磁輻射）。

研究人員解釋說，這種光速度極快，能夠以常規(guī)電子學無法實現(xiàn)的方式“特殊激發(fā)”材料。另一個重要組成部分是納米天線，這是一種微小的3D-2D結構，旨在捕獲太赫茲光并將其直接轉化為半導體內(nèi)部的垂直電場（穿過材料）。

它們產(chǎn)生的電場極其強大（每厘米數(shù)百萬伏特），同樣也極其快速。然而，這項發(fā)現(xiàn)的核心在于原子級薄的半導體。

原子級薄半導體

像二硫化鉬（MoS?）這樣的材料只有幾個原子厚度。它們已經(jīng)在超薄電子器件、顯示器和太陽能電池領域得到了研究應用。

通常，要改變半導體的行為（例如切換晶體管），需要通過傳統(tǒng)電路施加電壓。但這個過程很慢，受限于微波速度，并且依賴于笨重的電子元件。

為此，新方法利用光進行切換。這顯然是超快速的，在飛秒到皮秒量級（萬億分之一秒）。

它也是非接觸式的，因此不需要物理連接（如電線）。這意味著它們可以更節(jié)能，并有可能進一步微型化。

為驗證他們的想法，該團隊嘗試在實驗室中證明這一概念。他們發(fā)現(xiàn)，當用太赫茲光脈沖照射MoS?時，該材料的電子和光學特性發(fā)生了變化。

研究團隊解釋說，這表明他們正在實時控制它。具體而言，他們觀察到了“斯塔克位移”（Stark shift），即材料中激子（電子-空穴對）的能級發(fā)生了變化。

他們解釋說，這證明了他們強大的光誘導電場在起作用。斯塔克效應是一種眾所周知的現(xiàn)象，即電場會改變原子或材料中電子的能級。觀察到這一現(xiàn)象意味著太赫茲場既強大又直接。

激動人心的未來應用

這也意味著這種變化無需電線或傳統(tǒng)電路即可發(fā)生，并且響應是相干的（控制良好且可重復）。研究團隊解釋說，這一發(fā)現(xiàn)可能帶來一些令人興奮的可能性。

例如，它可用于開發(fā)使用光控晶體管的下一代計算機。該發(fā)現(xiàn)還可能催生更快的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及超快相機或傳感器。

它還可用于制造可通過光學手段操控的量子計算組件，或開發(fā)更小、更快、可能更節(jié)能的設備。

項目負責人、比勒費爾德大學物理學教授德米特里·圖爾奇諾維奇博士解釋道：“傳統(tǒng)上，用于切換晶體管和其他電子設備的此類垂直電場是通過電子門控施加的，但這種方法從根本上受限于相對較慢的響應時間。”

他補充道：“我們的方法利用太赫茲光本身在半導體材料內(nèi)部產(chǎn)生控制信號 —— 從而開創(chuàng)了一種工業(yè)兼容的、光驅(qū)動的、超快的光電技術，這在以前是不可能的?！?/p>

您可以在《自然-通訊》期刊上查看這項研究。

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