科學家用雷射打造“電子燈塔”

該設備的主要設計目的是研究基礎物理並展示前所未見的行為。然而，這項發現可能支持光學和電子學相結合的技術，包括先進的感測、成像和電信。它還可能帶來在設備之間傳輸訊號並在其中編碼更多資訊的更好方法。

「我們在盧裡奈米製造設施製造的這種電子設備有潛力成為測量光不同方面的東西，」身為密西根大學物理系博士生幫助領導該計畫的龔一明說。 “但這源於物理學的一個非常基本的層面，即不同光學吸收過程之間的干擾。”

兩種直接顏色光中的電子流

在美國國家科學基金會的支持下，團隊證明了兩種不同顏色的光可以在半導體中產生有組織的電子流。研究人員還可以透過旋轉兩個光場的偏振來改變電流的方向，這兩個光場描述了光波振蕩的方向。

「這不是事情通常的工作方式。當你想到電子在材料中移動時，它們移動是因為你施加了電場，它們實際上在材料中反彈和漂移。在這裡，利用光，你可以使電子在不施加電場的情況下沿特定方向流動，」密西根大學物理雜誌的主要作者 Cundi 說。 體檢信。

先前的研究已經表明，僅光就可以導致電子移動。新實驗更進一步，產生了狹窄的電子流並控制其行進的確切方向。

「光不再只是打開電流；它也引導電流，」坎迪夫說。

由電子組成的燈塔

坎迪夫將他的燈比作一座燈塔，當它旋轉時，它會在地平線上傳播光束。然而，在這個實驗中，移動光束是由電子組成。科學家可以透過調整兩個相位相干光場的偏振來旋轉電子束。

效果取決於量子乾涉。當兩種顏色的光通過不同的吸收路徑發送半導體並最終導致相同的最終狀態時，就會發生這種情況。光以離散或量子化的資料包（稱為光子）的形式將能量傳遞給材料。然後這些光子動員半導體的電荷載子。

在 UM 配置中，材料同時吸收來自兩個路徑的入射光。坎迪夫將該過程與疊加波進行了比較。對於沿著一個方向移動的電子，波會排列並相互增強。對於沿著其他方向行進的電子，它們會相互抵消。

這種選擇性強化產生的電流集中在特定方向，而不是均勻分佈在材料中。

期待已久的量子設備成為現實

多倫多大學的 JE Sipe 與研究人員合作完成了先前的一個項目，他預測可以創建一座「電子燈塔」。在盧裡納米加工設施的幫助下，龔最終將這個理論想法變成了一個工作裝置。

「LNF 是一個令人驚嘆的設施，」Gong 說，並補充說，以不引入外部電場的方式將該設備的材料融合在一起是一個艱苦的過程。

防止不必要的電場尤其重要，因為研究人員必須確認電子流完全來自光。生產該設備需要龔和工廠的工作人員嘗試不同的製造方法。

“這是我要解決的最大難題，因為沒有標準的方法。因此，我與 LNF 工作人員合作，想出了一種製造工藝，以適應不同的配方和溫度。”

曾在坎迪夫大學工作的前博士後科學家、現任中國中山大學電子與資訊學教授王凱也在該計畫期間為龔提供了建議。

龔隨後在密西根大學獲得了博士學位，現在在芝加哥擔任機器學習科學家。在此職位上，他將在物理研究過程中培養的定量和分析技能應用於機器學習問題。