【雷射脈衝使絕緣子進行像金屬一樣】

明道

【雷射脈衝使絕緣子進行像金屬一樣】

 

 

一個脈衝降低了帶隙、 其他席捲電子

物理學家國際團隊表明極短的光脈衝可以用於將一個絕緣體轉換成一種金屬，允許電流要切換打開和關閉在短短的幾個飛秒的時間間隔。

該技術可用於創建都比那些快 10000 倍的電晶體可用今天。

效果還可以構成便宜和容易方法來描述超快雷射脈衝 — — 什麼是目前非常昂貴，做的基礎。

工作報告兩篇論文由小組在自然》 雜誌中出現。

在第一份檔，奧古斯汀 Schiffrin 和費倫茨 Krausz 量子光學在德國馬克斯 · 普朗克研究所的馬克牧工的佐治亞州立大學在美國和同事描述你炒短尚未強雷射脈衝在氧化矽樣品的時候會發生什麼。

二氧化矽是壞隙約 9 eV 分離其價和傳導的頻帶的絕緣體。

相比之下，在矽的帶隙是約 1.1 eV ；這意味著在原則上，由二氧化矽製成一個開關可以遠遠快于傳統的矽開關運作。

這一問題，但是，是二氧化矽交換器會以很高的電場中，造成破壞性的電擊穿運作。

縮小差距

圓的這一問題的一種方法是應用強電場為極短的時間，所以不會發生故障。

該欄位應用時，價帶中的電子狀態的一些增加能源而在傳導帶一些國家減少。

結果這是，創建一個傳導電子所需的能源量大量減少和材料成為電導體。

團隊創建了這個簡短的電場使用雷射脈衝，所以只有 4 fs 長 — — 它們只包含約 1.5 週期的電磁波的短。

脈衝激發在它的表面上有兩個金電極的氧化矽的一塊。

他們的目的是在電極之間 50 毫微米的差距，光兩極化，使其電場平行于矽氧化表面和 （見圖），兩電極之間來回擺動。

來來回回掃

脈搏創建傳導電子，感受到的脈衝電場的力。

這些第一次是席捲朝著一個金電極，然後再實現，另一個作為域開關的方向。

這種效果被衡量由電流錶連接的兩個電極和測量電流。

若要顯示的帶隙修改與當前一代是獨立的進程，團隊，做了第二個實驗涉及兩個脈衝。

一個脈衝了其運行沿差距，所以它不能掃對電極的電子，但仍然可以修改帶結構的電場。

第二個脈衝了其運行電極間的電場。

第二個脈衝定較多低的強度，所以它才能掃傳導電子但不是能修改的能帶結構。

如所料，當前仍然看到。

實驗表明半導體可以切換到一個導體的約 1 fs 的時間刻度上，雖然它不給直接的證據表明，系統復原到一個半導體的約 1 fs 的時間刻度上 — — 對建築電路，將是至關重要的東西在飛秒的時間尺度上運行。

確認飛秒關機

要做到這一點，團隊，做了第二個更複雜的實驗所描述的第二份檔。

這涉及測量的吸收和反射的光從二氧化矽示例 — — 證實效果的確在大約 1 fs 而被關閉。

Schiffrin 描述作為激烈、 超快雷射脈衝的原理的證明可以用於切換固態設備介紹性質的工作。

現在我們可以從根本上有一種設備，工作 10000 倍的速度比電晶體，可以運行在 100 千兆赫，牧工添加。為了探索這種可能性，團隊現在看它如何能掛接兩個開關，使邏輯門。

可以使用等離子體 — — 涉及到的材料中的傳導電子的量子化的振盪實現設備之間的耦合。

雖然它可能直接在實驗室中創建此類的邏輯裝置，任何人想要使實際商業設備將首先要創建可以提供適當的脈衝的低成本雷射器。

雖然這將是一個巨大的技術挑戰，Schiffrin 相信它應該是有可能。

在較短的期限，Schiffrin 說的矽氧化和黃金結構能證明為表徵的超快雷射器輸出非常有用 — — 有什麼事情，目前需要在超高真空中進行測量和使用昂貴的電子光譜儀。

事實上，團隊已經有了一項專利上，特別是應用程式，說 Schiffrin。

關於作者

麥高樂莊士敦是 physicsworld.com 的編輯器中

 

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/dec/07/laser-pulse-makes-insulator-conduct-like-a-metal