太赫兹光控制原子级薄的半导体

摘要：比勒费尔德大学和德累斯顿莱布尼茨固体与材料研究所（IFW Dresden）的物理学家开发出一种利用超短光脉冲控制原子级厚度半导体的方法。这项研究发表在《自然通讯》（ Nature Communications）上，题为“二维半导体中的太赫兹场效应”，有望为以前

物理学家利用超短光脉冲来控制原子级厚度的半导体，从而实现更快的由光直接驱动的光电元件。

比勒费尔德大学和德累斯顿莱布尼茨固体与材料研究所（IFW Dresden）的物理学家开发出一种利用超短光脉冲控制原子级厚度半导体的方法。这项研究发表在《自然通讯》（ Nature Communications）上，题为“二维半导体中的太赫兹场效应”，有望为以前所未有的速度直接受光控制的元件铺平道路，从而开启新一代光电器件的时代。

研究人员采用专门设计的纳米级天线，将太赫兹光转换为原子级厚度半导体（例如二硫化钼（MoS₂））中的垂直电场。太赫兹辐射位于红外和微波之间的电磁波谱中。得益于新设计的天线，这些电场强度可达到每厘米几兆伏。

项目负责人、比勒费尔德大学物理学教授德米特里·图尔奇诺维奇博士解释说：“传统上，这种用于开关晶体管和其他电子设备的垂直电场是通过电子门控来施加的，但这种方法本质上受限于相对较慢的响应时间。我们的方法利用太赫兹光本身在半导体材料内产生控制信号——从而实现一种此前无法实现的、与工业兼容的光驱动超快光电技术。”

超快材料控制

该技术可以在不到一皮秒（即万亿分之一秒）的时间尺度上实时控制电子结构。科学家们通过实验证明，可以利用光脉冲选择性地改变材料的光学和电子特性。

该基础概念、实验实施和理论建模均由比勒费尔德大学开发。该研究的主要作者、当时Turchinovich教授团队的玛丽·居里研究员平冈智树博士在该项目中发挥了关键作用。“看到纯粹由太赫兹光脉冲诱发的如此强烈且相干的效应，我感到非常欣慰，”平冈智树说道。

实现这种效果所需的复杂3D-2D纳米天线是由德累斯顿IFW的安迪·托马斯博士领导的团队制造的。“我们投入了大量精力来开发最佳器件——我们必须制造和测试许多不同的结构才能达到预期的性能，”安迪·托马斯说道。

未来技术的应用

这一进展有望催生超高速信号控制装置、电子开关和传感器。这些组件可用于数据传输、摄像头和激光系统。潜在的应用领域包括通信系统、计算、成像和量子技术。