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深度解讀

激光脈沖讓材料電子排列發(fā)生瞬時(shí)轉(zhuǎn)變

星之球科技 來源:榮格工業(yè)激光2021-05-11 我要評(píng)論(0 )   

■飛秒激光脈沖以前所未有的速度,驅(qū)動(dòng)了半金屬晶體中的電子躍遷(圖片版權(quán):Sam Beaulieu博士)近日據(jù)外媒novuslight消息,德國弗里茨·哈伯研究所和馬克斯·普朗克物...



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■飛秒激光脈沖以前所未有的速度,驅(qū)動(dòng)了半金屬晶體中的電子躍遷(圖片版權(quán):Sam Beaulieu博士)


近日據(jù)外媒novuslight消息,德國弗里茨·哈伯研究所和馬克斯·普朗克物質(zhì)結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)研究所通過聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn),激光脈沖可以讓材料特性發(fā)生超快轉(zhuǎn)換。未來,這一研究發(fā)現(xiàn)將開啟全新晶體管研制的道路。


在當(dāng)前的材料研究領(lǐng)域,盡可能提高電子技術(shù)的運(yùn)算速度是核心問題,而快速計(jì)算技術(shù)的關(guān)鍵組件是晶體管。作為邏輯運(yùn)算中的基本步驟,電路開關(guān)中的晶體管控制著電流的瞬時(shí)開、關(guān)。


為了提高對(duì)理想晶體管材料的了解,物理學(xué)家們一直在努力尋找新的方法來實(shí)現(xiàn)“極快開關(guān)”?,F(xiàn)在,德國研究人員通過運(yùn)用激光技術(shù),成功研制出一種新型的超快開關(guān)。參與該研究項(xiàng)目的科學(xué)家,試圖找到改變材料特性的最佳方式,例如使磁性金屬變得沒有磁性,或者改變晶體的電導(dǎo)率。


幾十年來,控制電子排布始終是晶體管研究領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)。但以前嘗試過的各種方式,在速度方面還是沒能達(dá)到理想效果。弗里茨·哈伯研究所物理化學(xué)系主任Ralph Ernstorfer表示:“我們知道諸如溫度或壓力變化之類的外部影響會(huì)起到一定的作用,但其過程還是要花費(fèi)至少幾秒鐘的時(shí)間,這對(duì)于控制電流還是顯得太慢?!?/p>


對(duì)于經(jīng)常使用計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)的人來說,幾秒的等待時(shí)間都顯得非常漫長。因此,Ralph Ernstorfer團(tuán)隊(duì)的任務(wù)是通過使用激光脈沖,讓材料的特性發(fā)生瞬時(shí)轉(zhuǎn)變。研究團(tuán)隊(duì)使用了弗里茨·哈伯研究所的激光脈沖設(shè)備,通過向一種半金屬材料(包含了鎢和碲原子)發(fā)射超短脈沖激光,成功將材料電子排列轉(zhuǎn)變的時(shí)間縮短至100飛秒。


研究人員發(fā)現(xiàn),晶體受到激光照射后,其內(nèi)部的電子結(jié)構(gòu)會(huì)迅速進(jìn)行組合,這就實(shí)現(xiàn)了改變材料電導(dǎo)率的效果。團(tuán)隊(duì)成員Samuel Beaulieu談到:“研究人員使用了一種新儀器記錄材料特性轉(zhuǎn)變的整個(gè)過程,這是一項(xiàng)了不起的研究成果。以往我們只對(duì)材料穩(wěn)定態(tài)的電子結(jié)構(gòu)有所了解,這是首次觀測(cè)到材料電子結(jié)構(gòu)的變化過程?!?/p>


同時(shí),研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)這種新工藝方法進(jìn)行了建模,從而揭示了材料特性實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)轉(zhuǎn)變的原因。撞擊在材料上的激光脈沖,能瞬時(shí)改變材料電子相互作用的方式。因此,激光脈沖也是行業(yè)熟悉的“Lifshitz transition”(費(fèi)米面拓?fù)湎嘧儯┑脑简?qū)動(dòng)力。


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