Den hurtigste lysdrevne strømkilde

Styring af elektronisk strøm er afgørende for moderne elektronik, som data og signaler overføres af elektronstrømme styret ved høj hastighed. Kravene til transmissionshastigheder stiger også, efterhånden som teknologien udvikler sig. Fysikere ved Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) er lykkedes med at tænde en strøm med den ønskede retning i grafen ved hjælp af en enkelt laserpuls inden for et femtosekund-et femtosekund svarer til milliondelen af ​​en milliarddel af et sekund. Dette er mere end tusinde gange hurtigere end de mest effektive transistorer i dag.

Forskere har allerede vist, at det er muligt at styre elektroner med lysbølger i gasser, isolerende materialer og halvledere. Dermed, i princippet, det er muligt at styre strøm. Imidlertid, dette koncept er endnu ikke blevet anvendt på metaller, da lys normalt ikke kan trænge ind i materialet for at styre elektronerne. For at undgå denne effekt, fysikere i arbejdsgrupperne af prof. dr. Peter Hommelhoff og prof. dr. Heiko Weber brugte grafen, et halvmetal bestående af kun et enkelt lag carbonatomer. Selvom grafen er en fremragende leder, den er tynd nok til at lade noget lys trænge ind i materialet og flytte elektronerne.

For deres eksperimenter, forskerne affyrede ekstremt korte laserpulser med specielt konstruerede bølgeformer på grafen. Når disse lysbølger rammer grafen, elektronerne indeni blev kastet i en retning, som en piskesmæld. "Under intense optiske felter, en strøm blev genereret inden for en brøkdel af en optisk cyklus-et halvt femtosekund. Det var overraskende, at trods disse enorme kræfter, kvantemekanik spiller stadig en nøglerolle, "forklarer Dr. Takuya Higuchi fra formanden for laserfysik, publikationens første forfatter.

Forskerne opdagede, at den nuværende generationsproces i grafen følger kompliceret kvantemekanik. Elektronerne bevæger sig fra deres oprindelige tilstand til den ophidsede tilstand af to stier frem for en - svarende til en gaffelvej, der fører til den samme destination. Som en bølge, elektronerne kan splitte ved gaflen og flyde på begge veje samtidigt. Afhængig af den relative fase mellem de delte elektronbølger, når de mødes igen, strømmen kan være meget stor, eller slet ikke til stede. "Dette er som en vandbølge. Forestil dig en bølge, der bryder mod en bygningsmur og flyder til venstre og højre for bygningen på samme tid. I slutningen af ​​bygningen, begge dele mødes igen. Hvis delbølgerne mødes på deres højeste, en meget stor bølgeresultater og strømstrømme. Hvis en bølge er på sit højeste, den anden på sit laveste punkt, de to annullerer hinanden, og der er ingen strøm, "siger professor Dr. Peter Hommelhoff fra formanden for laserfysik." Vi kan bruge lysbølgerne til at regulere, hvordan elektronerne bevæger sig, og hvor meget elektricitet der genereres. "

Resultaterne er endnu et vigtigt skridt i at forene elektronik og optik. I fremtiden, metoden kunne åbne en dør til realisering af ultrahurtig elektronik, der opererer ved optiske frekvenser.