Ток из света: новый метод направления электронов в полупроводниках

Физики создали устройство, которое управляет потоком электронов с помощью света — без приложения электрического напряжения. Технология открывает путь к созданию квантовых сенсоров, ускорению вычислений и улучшению телекоммуникационных систем.

Устройство использует два инфракрасных лазерных луча разных длин волн. Лучи воздействуют на электроны в полупроводнике. Управление направлением потока происходит через изменение поляризации света — направления колебаний электромагнитной волны. Это принципиально отличается от традиционных схем, где ток возникает из-за разности электрических потенциалов.

Разработку представили специалисты Мичиganского университета. Исследование финансировал Национальный научный фонд США. Устройство собрали на производственной площадке Lurie Nanofabrication Facility. Создание рабочего прототипа потребовало множества экспериментов с температурными режимами и технологическими параметрами.

Электроны в системе движутся баллистически — по прямой траектории, определяемой начальной скоростью. Обычные электрические токи диффузны: частицы постоянно сталкиваются с примесями и дефектами материала. «Электронный маяк» создает направленный пучок без таких столкновений. Обнаружить такой ток стандартными методами крайне сложно.

Механизм работы основан на квантовой интерференции. Это явление, при котором волновые функции частиц складываются или гасят друг друга. Два лазера создают условия для конструктивной интерференции в нужном направлении. Волновые свойства электронов позволяют управлять их коллективным поведением через световое воздействие.

Эксперимент подтвердил теоретическое предсказание Джона Сайпа из Торонтского университета. Физик описал возможность создания направленного тока без электрического поля несколько лет назад. Работа также связана с исследованиями частотных гребенок — инструментов для точного управления электромагнитными волнами в прецизионных системах. Результаты могут улучшить квантовые датчики, системы связи и вычислительные технологии.

Источник: ScienceAlert