光速電子？包括康斯坦茨大學物理學家在內的一個歐洲研究小組已經找到了一種方法，通過用光操縱電子，有時可以在飛秒範圍內傳輸電子，這可能會對未來數據處理和計算產生重大影響。傳統上基於矽半導體技術的現代電子元件可以在皮秒（即10^-12秒）內打開或關閉。標準手機和計算機的最高工作頻率為幾千兆赫(1 GHz=10^9 Hz)，而單個電晶體可以接近1太赫茲(1THz=10^12 Hz)。

此後，使用標準技術進一步提高電子開關設備的打開或關閉速度已被證明是一項挑戰。現在在康斯坦茨大學進行的一系列實驗表明，通過使用特定的光波操縱電子，可以誘導電子以亞飛秒的速度移動，即快於10^-15秒。研究的合著者/德國康斯坦茨大學的超快現象和光子學教授阿爾弗雷德·萊滕斯托弗說：這很可能是電子學遙遠的未來，研究用單周期光脈衝進行的實驗，將我們帶入了電子傳輸的阿秒範圍。

光的振蕩頻率至少比純電子電路的頻率高一千倍：一飛秒相當於10^-15秒。康斯坦茨大學物理系和應用光子學中心(CAP)的阿爾弗雷德·萊滕斯托弗(Alfred Leitenstorfer)和研究團隊認為，電子學的未來在於集成等離子體和光電設備，這些設備在光學而不是微波頻率下以單電子方式運行。然而，這是在研究中非常基礎的研究，可能需要幾十年的時間才能實施。

關於控制光和物質的問題

來自康斯坦茨大學、盧森堡大學、法國巴黎大學和西班牙聖塞巴斯蒂安的材料物理中心(CFM-CSIC)和多諾斯蒂亞國際物理中心(DIPC)的理論和實驗物理學家組成的國際團隊面臨的挑戰是：一方面開發一種實驗裝置，用於操縱低於單個振蕩周期的飛秒尺度超短光脈衝，並創造納米結構。應用光子學中心是開發超快雷射技術的世界領先設施，合作研究中心767控制的納米系統：相互作用和與宏尺度的接口，可以獲得非常明確的納米結構，這些結構可以在納米尺度上創建和控制。

超快電子開關

開發的實驗裝置涉及納米級黃金天線以及能夠每秒發射1億個單周期光脈衝的超快雷射，以便產生可測量電流。光學天線能將雷射脈衝的電場亞波長和亞周期時空集中到寬度為6 nm(1 nm=10-^9米)的間隙中。由於電子隧穿出金屬和在光場間隙上加速的高度非線性特性，研究人員能夠以大約600阿秒(即小於1飛秒，1AS=10^-18秒)的速度切換電子電流。這個過程只發生在光脈衝電場振蕩周期不到半個周期的時間尺度上，這一觀察結果表明：

巴黎和聖塞巴斯蒂安的項目合作夥伴，能夠通過對耦合到光場的電子量子結構，進行與時間相關的處理來確認並繪製出詳細地圖。這項研究為理解光如何與凝聚態物質相互作用開闢了全新的機會，使人們能夠在前所未有的時間和空間尺度上觀察量子現象。在這項研究提供由光場驅動的納米級電子動力學新方法的基礎上，研究人員將繼續研究原時間和空間尺度上的電子，在更複雜皮米級尺度固態設備中的傳輸。

博科園｜研究/來自：康斯坦茨大學

參考期刊《自然物理學》

DOI: 10.1038/s41567-019-0745-8

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