以光速运行的电子产品–使用光波以亚飞秒级的速度移动电子

这说明了如何想象电子在单周期光波的驱动下在金属纳米天线的两个臂之间移动。

一个由康斯坦茨大学物理学家组成的欧洲研究人员小组发现了一种在飞秒范围以下的时间通过光操纵电子来传输电子的方法。这可能会对数据处理和计算的未来产生重大影响。

传统上基于硅半导体技术的现代电子组件可以在皮秒内（即10-12秒）打开或关闭。标准的移动电话和计算机的最大工作频率为几兆赫兹（1 GHz = 109 Hz），而单个晶体管的工作频率可能接近一太赫兹（1 THz = 1012 Hz）。事实证明，使用标准技术进一步提高电子开关设备的断开或闭合速度是一项挑战。最近在康斯坦茨大学进行的一系列实验，并在《自然物理学》的最新出版物中进行了报道，该实验表明，通过使用量身定制的光来操纵电子，可以诱导电子以亚飞秒的速度移动，即快于10-15秒。波浪。

康斯坦茨大学（德国）超快现象和光子学教授，该研究的合著者Alfred Leitenstorfer说：“这很可能是电子产品的遥远未来。”“我们的单周期光脉冲实验已经使我们很好地进入了电子传输的阿秒范围内”。光的振荡频率比纯电子电路高至少一千倍：一飞秒对应于10-15秒，这是十亿分之一秒的百万分之一。康斯坦茨大学物理系和应用光子学中心（CAP）的Leitenstorfer及其团队认为，电子学的未来在于集成的等离激元和光电子器件，它们在光学而非微波下以单电子形式工作–频率。他警告说：“但是，这是我们在这里谈论的非常基础的研究，可能需要数十年的时间才能实施。”

控制光和物质的问题

来自康斯坦茨大学，卢森堡大学，CNRS-巴黎苏德大学（法国），材料物理中心（CFM-CSIC）和Donostia国际物理中心（DIPC）的国际理论和实验物理学家团队面临的挑战与该项目合作的SanSebastián（西班牙）一方面要开发一种实验装置，以便在单个振荡周期以下的飞秒级上操纵飞秒级的超短光脉冲，并制造出适合于高精度测量和操纵电子的纳米结构。收取其他费用。“对我们来说，幸运的是，我们在康斯坦茨拥有一流的设施，”我们的团队进行实验的Leitenstorfer说。“应用光子学中心是开发超快激光技术的世界领先设施。还要感谢我们的合作研究中心767'受控纳米系统：与宏观尺度的相互作用和交互”，我们可以访问定义非常明确的纳米结构，可以在纳米尺度上创建和控制纳米结构。

超快电子开关

由Leitenstorfer团队和协调作者Daniele Brida（康斯坦茨大学艾美奖Noether研究小组的前负责人，现为卢森堡大学教授）开发的实验装置包括纳米级金天线和能够发射超快光的激光每秒产生一亿个单周期光脉冲，以产生可测量的电流。光学天线的领结设计允许将激光脉冲电场的子波长和子周期时空集中到宽度为6 nm（1 nm = 10-9米）的间隙中。

由于电子从金属中隧穿出来的高度非线性特性以及在光场间隙中的加速，研究人员能够以大约600阿秒（即小于1飞秒，1 = 10的飞秒）的速度切换电子电流。 -18秒）。Leitenstorfer解释说：“此过程仅在不到光脉冲电场振荡周期一半的时间尺度上发生。”观察到，巴黎和圣塞瓦斯蒂安的项目合作伙伴能够通过以下方式进行详细确认和绘制地图：与光场耦合的电子量子结构的时间依赖性处理的示意图。

该研究为理解光与凝结物的相互作用开辟了全新的机会，使人们能够以空前的时空尺度观察量子现象。在这项研究提供的由纳米场驱动的纳米级电子动力学新方法的基础上，研究人员将继续研究原子级时间长度尺度上甚至更微微的固态器件中原子级和长度级的电子传输。

事实：

参考：Markus Ludwig，Garikoitz Aguirregabiria，Felix Ritzkowsky，Tobias Rybka，Dana Codruta Marinica，Javier Aizpurua，Andrei G.Borisov，Alfred Leitenstorfer和Daniele Brida的“在纳米级间隙中的亚飞秒电子传输”，自然物理学，2019年12月23日。 ：
10.1038 / s41567-019-0745-8

由西班牙科学，创新与大学部（MICINN），Eusko Jaurlaritza（巴斯克政府），德国研究基金会（DFG），EC / EU研究与创新框架计划H2020 / H2020优先优秀科学/ H2020欧洲研究资助理事会（H2020优秀科学–欧洲研究理事会）。