En milepæl inden for petahertz -elektronik

I en halvleder, elektroner kan spændes ved at absorbere laserlys. Fremskridt i det sidste årti har gjort det muligt at måle denne fundamentale fysiske mekanisme på tidsskalaer under et femtosekund (10 ^-15 s). Nu, fysikere ved ETH Zürich har løst elektronernes respons i galliumarsenid ved attosekundet (10 ^-18 s) tidsskala, og fik uventet indsigt i fremtidens ultrahurtige opto-elektroniske enheder med driftsfrekvenser i petahertz-regimet.

Gallium arsenid er en teknologisk vigtig small-band-gap halvleder, hvor excitationen af ​​elektroner fra valensen til ledningsbåndet producerer ladningsbærere, der kan transportere elektrisk strøm gennem elektronikkomponenter. Ud over denne såkaldte interbandovergang, bærere kan også accelereres inden for de enkelte bånd, når elektronerne interagerer med laserlyset. Dette skyldes det stærke elektriske felt, der er forbundet med laserlyset, fører til intra-band bevægelse. Imidlertid, det vides ikke, hvilken af ​​de to mekanismer, der dominerer reaktionen på en kort intens laserpuls, og hvordan deres samspil påvirker bæreindsprøjtningen i ledningsbåndet.

Fabian Schlaepfer og hans kolleger i gruppen af ​​Ursula Keller i Institut for Fysik har nu studeret disse processer for første gang i tidsrummet på det samme tidspunkt, kombinerer forbigående absorptionsspektroskopi med state-of-the-art første principberegninger. Som de rapporterer i et papir, der i dag vises online i Naturfysik , de fandt ud af, at intra-band bevægelse faktisk har en vigtig rolle, da det markant øger antallet af elektroner, der bliver spændt ind i ledningsbåndet.

Dette fund var uventet, fordi intra-band bevægelse alene ikke er i stand til at producere ladningsbærere i ledningsbåndet. Disse resultater repræsenterer derfor et vigtigt skridt fremad i forståelsen af ​​den lysinducerede elektrondynamik i en halvleder på det tidsmæssige tidsskala for attosekunder, som vil være af praktisk relevans for fremtidige elektronik- og optoelektroniske enheder, hvis dimensioner bliver stadig mindre, og de elektriske felter involverede stadig stærkere og dynamikken stadig hurtigere.