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物理学家在一个飞秒以下的时间尺度上精确控制电子

发布时间:2019-02-01 15:00:28 来源:

能够使用光波而不是电压信号来控制电子系统是全世界物理学家的梦想。优点是电磁波以petaherz频率振荡。这意味着未来的计算机运行速度将比现在快一百万倍。弗里德里希 - 亚历山大 - 埃尔兰根 - 纽伦堡大学(FAU)的科学家现在已经向实现这一目标迈进了一步,因为他们成功地利用超短激光脉冲精确控制石墨烯中的电子。

电子设备中的电流控制比现在的系统快一百万倍,这对很多人来说都是一个梦想。最终,电流控制是最重要的组件之一,因为它负责数据和信号传输。如现在的情况,使用光波而不是电压信号来控制电子流动可以使这个梦想成为现实。然而,到目前为止,由于金属反射光波并且它们内部的电子不受这些光波的影响,因此很难控制金属中的电子流动。

因此,FAU的物理学家转向石墨烯,石墨烯是一种仅包含一层碳的半金属,并且太薄以至于足够的光可以穿透以使电子能够运动。在早期的一项研究中,激光物理学主席的物理学家已经成功地通过使用非常短的激光脉冲在仅一飞秒的时间尺度上产生电信号。这相当于十亿分之一秒的百万分之一。在这些极端的时间尺度上,电子显示出它们的量子特性,因为它们的行为像波浪一样。当光子由光场(激光脉冲)驱动时,电子波在材料中滑动。

控制下

研究人员在目前的研究中更进了一步。他们瞄准了这个光驱波的第二个激光脉冲。该第二脉冲现在使电子波能够以二维方式穿过材料。第二激光脉冲可用于偏转,加速或甚至改变电子波的方向。这使得信息能够通过该波传输,这取决于第二脉冲的确切时间,强度和方向。可以更进一步。'想象一下,电子波是水中的波。水中的波浪可能因障碍物而分裂,并在通过障碍物时会聚并发生干扰。根据子波相对于彼此的位置,它们可以相互放大或相互抵消。我们可以使用第二个激光脉冲有针对性地修改各个子波,从而控制它们的干扰,激光物理学主席Christian Heide解释道。一般来说,控制量子现象非常困难,例如在这种情况下电子的波动特性。这是因为当电子波与其他电子一起散射并失去其波特性时,很难将电子波保持在材料中。该领域的实验通常在极低温度下进行。我们现在可以在室温下进行这些实验,因为我们可以使用激光脉冲以如此高的速度控制电子,使得没有时间用于与其他电子的散射过程。

这意味着科学家们已经在实现可以使用光波控制的电子系统方面取得了重大进展。在接下来的几年里,他们将研究其他二维材料中的电子是否也能以同样的方式被控制。“也许我们将能够使用材料研究来改变材料的特性,以便很快就可以构建可以通过光控制的小晶体管,”Heide说。

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