- 28,611
- 46
- 8 Ноя 2022
Крошечный полупроводник направил ток туда, куда указывает свет, хотя раньше такую роль отдавали только электрическому полю.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1400/788;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Свет обычно включает фототок, но физики из Мичиганского университета научились с его помощью ещё и выбирать направление движения электронов. Созданное устройство формирует внутри полупроводника узкий поток носителей заряда, который поворачивается вслед за поляризацией лазерного излучения. Внешнее напряжение при этом не требуется. Авторы сравнили разработку с маяком, чей луч можно направлять в нужную сторону.
В обычной электрической цепи электроны движутся под действием электрического поля и постоянно сталкиваются с дефектами материала. В новом эксперименте два согласованных лазерных импульса передают электронам энергию и начальный импульс. В результате возникает баллистический ток, направление которого задаёт свет, а не приложенное к образцу напряжение.
Исследователи изготовили устройство из арсенида алюминия-галлия и разместили на образце две пары взаимно перпендикулярных электродов. Такая конструкция позволила одновременно измерять две составляющие тока и следить, как поток электронов поворачивается в плоскости полупроводника. При изменении поляризации на 90 градусов сигнал исчезал на одной паре электродов и появлялся на другой.
Для управления током физики использовали инфракрасные импульсы с длинами волн 1040 и 1560 нанометров длительностью около 85 фемтосекунд. Световые волны происходили из одной когерентной частотной гребёнки, поэтому исследователи могли точно контролировать разность фаз между импульсами. Малейшие изменения оптического пути влияли на измеряемый электрический сигнал. По словам авторов, ток реагировал даже на слабые колебания воздуха и прикосновения к лабораторному столу.
В основе эффекта лежит квантовая интерференция. Электрон может получить одинаковую энергию двумя способами, поглотив два фотона одной частоты или три фотона другой. Волновые амплитуды обоих процессов складываются в одном направлении и гасят друг друга в противоположном. В результате в полупроводнике появляется не просто общий фототок, а сравнительно узкий поток электронов с заданным направлением.
Подобное управление фототоком исследователи демонстрировали и раньше, используя однофотонное и двухфотонное поглощение. Новый вариант с двумя и тремя фотонами создаёт гораздо более направленное распределение электронов. Свет не только запускает ток, но и формирует его пространственную структуру.
Разработка пока служит исследовательским инструментом, а не основой готового электронного устройства. Метод может помочь физикам изучать строение энергетических зон, рассеяние носителей заряда, спиновые и долинные состояния, а также квантовую геометрию новых материалов. Чувствительность фототока к фазе и поляризации света пригодится при настройке частотных гребёнок, в сверхточных измерениях и оптической связи. Переход к компактным практическим устройствам авторы называют более отдалённой целью.
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters. Авторами работы выступили Имин Гун, Кай Ван и Стивен Кандифф.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1400/788;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Свет обычно включает фототок, но физики из Мичиганского университета научились с его помощью ещё и выбирать направление движения электронов. Созданное устройство формирует внутри полупроводника узкий поток носителей заряда, который поворачивается вслед за поляризацией лазерного излучения. Внешнее напряжение при этом не требуется. Авторы сравнили разработку с маяком, чей луч можно направлять в нужную сторону.
В обычной электрической цепи электроны движутся под действием электрического поля и постоянно сталкиваются с дефектами материала. В новом эксперименте два согласованных лазерных импульса передают электронам энергию и начальный импульс. В результате возникает баллистический ток, направление которого задаёт свет, а не приложенное к образцу напряжение.
Исследователи изготовили устройство из арсенида алюминия-галлия и разместили на образце две пары взаимно перпендикулярных электродов. Такая конструкция позволила одновременно измерять две составляющие тока и следить, как поток электронов поворачивается в плоскости полупроводника. При изменении поляризации на 90 градусов сигнал исчезал на одной паре электродов и появлялся на другой.
Для управления током физики использовали инфракрасные импульсы с длинами волн 1040 и 1560 нанометров длительностью около 85 фемтосекунд. Световые волны происходили из одной когерентной частотной гребёнки, поэтому исследователи могли точно контролировать разность фаз между импульсами. Малейшие изменения оптического пути влияли на измеряемый электрический сигнал. По словам авторов, ток реагировал даже на слабые колебания воздуха и прикосновения к лабораторному столу.
В основе эффекта лежит квантовая интерференция. Электрон может получить одинаковую энергию двумя способами, поглотив два фотона одной частоты или три фотона другой. Волновые амплитуды обоих процессов складываются в одном направлении и гасят друг друга в противоположном. В результате в полупроводнике появляется не просто общий фототок, а сравнительно узкий поток электронов с заданным направлением.
Подобное управление фототоком исследователи демонстрировали и раньше, используя однофотонное и двухфотонное поглощение. Новый вариант с двумя и тремя фотонами создаёт гораздо более направленное распределение электронов. Свет не только запускает ток, но и формирует его пространственную структуру.
Разработка пока служит исследовательским инструментом, а не основой готового электронного устройства. Метод может помочь физикам изучать строение энергетических зон, рассеяние носителей заряда, спиновые и долинные состояния, а также квантовую геометрию новых материалов. Чувствительность фототока к фазе и поляризации света пригодится при настройке частотных гребёнок, в сверхточных измерениях и оптической связи. Переход к компактным практическим устройствам авторы называют более отдалённой целью.
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters. Авторами работы выступили Имин Гун, Кай Ван и Стивен Кандифф.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
