科学网—新型半导体器件将光转化为直流电
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2026-7-29 15:47
| 个人分类: 新科技 | 系统分类: 海外观察
新型半导体器件将光转化为直流电
据美国密歇根大学(University of Michigan简称U-M)2026年7月28日报道( https://scitechdaily.com/new-semiconductor-device-turns-light-into-a-directed-current/ )，当两个不同颜色的激光脉冲在密歇根大学创建的一个新设备中相遇时，研究人员创造了一束沿可控方向流动的电子。通过改变激光的颜色，电子束可以像灯塔的光束一样扫过不同的方向。这表明光控电子流可以为传感、电信和其他先进技术开辟新的道路。
一对激光束现在可以在没有任何外部电源的情况下，沿选定的方向将电子发送通过半导体。研究人员在密歇根大学构建该设备是为了探索以前未观察到的物理效应，并证明光本身就可以产生和引导电流。
这项工作最终可能支持将光学和电子技术相结合的技术，包括传感、成像和电信。通过改进信号在设备内部和设备之间的移动方式，这种效果还可以使这些信号携带更多信息。相关研究结果已经在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志发表——Reference: “Directional Photocurrent Generated by Quantum Interference Control” by Yiming Gong, Kai Wang and Steven T. Cundiff, 16 July 2026, Physical Review Letters.DOI: 10.1103/3v91-5pzf. https://doi.org/10.1103/3v91-5pzf
“我们在卢里纳米制造工厂(Lurie Nanofabrication Facility简称LNF)制造的这种电子设备有可能变成测量光的不同方面的东西，”上述论文的第一作者龚一鸣(Yiming Gong音译)说，他作为密歇根大学物理系的博士生帮助领导了这个项目。“但这源于物理学的一个非常基本的层面，即不同光吸收过程之间的干涉。”
两种颜色在没有电压的情况下操纵电子
在美国国家科学基金会(U.S. National Science Foundation)的支持下，研究人员使用两种颜色的光在半导体中产生有组织的电子流。它们还可以通过旋转两个光场的偏振来改变电流的方向，这意味着光波振荡的方向。
密歇根大学物理学家、 《物理评论快报》论文的通讯作者Steven Cundiff说：“这不是事情通常的工作方式。当你想到电子在材料中移动时，它们是因为你施加了电场而移动的，它们实际上会在材料上反弹并漂移。在这里，使用光，你实际上可以在不施加电场的情况下将电子喷射到特定的方向。”
早期的实验已经表明，光可以在没有施加电场的情况下产生电子流。新设备更进一步，将这些电子集中到一个狭窄的流中，并沿着选定的路径引导它们。
Cundiff说：“光不再只是打开电流；它还瞄准电流。”
Cundiff将这种效果比作一座灯塔，它旋转光，将光束扫过地平线。在这种情况下，光束由电子组成，当两相相干光场的偏振旋转时，其方向会改变。
量子干涉引导电流
这种效应取决于量子干涉，当两种颜色的光产生单独的吸收途径，导致相同的最终状态时，就会发生量子干涉。半导体以称为光子的离散包的形式从光中吸收能量，从而使其电荷载流子运动。
在U-M设置中，材料同时吸收通过两条路径的入射光。Cundiff将这些途径描述为重叠的涟漪。对于沿一个方向行进的电子，波纹会排列并相互加强。对于向其他方向移动的电子，它们会相互抵消。
预测的效果变成了一种装置
多伦多大学(University of Toronto)的J. E. Sipe在早期的一个项目中进行了合作，他预测可以创建这样一个“电子灯塔”。通过与卢里纳米制造设施的合作，龚一鸣能够将这一预测转化为一种功能装置。
“LNF是一个了不起的设施，”龚一鸣并补充说，以一种不会引入任何无关电场的方式将设备的材料融合在一起是一个艰苦的过程。
“这对我来说是最大的难题，因为没有一种标准的方法来解决这个问题。所以我和LNF的工作人员一起研究了不同的配方和温度，以制定一个制造工艺。”
本研究得到了美国国家科学基金会(U.S. National Science Foundation)的支持。
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