2021年4月26日消息,柏林,马克斯·普朗克学会的弗里茨·哈伯研究所和马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所的研究人员展示了利用光来实现新型超快开关的能力。这些努力源于合作者对电子技术和计算技术不断提高的追求。快速接通和关断电流的晶体管是这些技术的基础。


研究人员的重点是引起材料性质的变化,例如使磁性材料变为非磁性或改变晶体的电导率。材料的电性能与晶体中电子的排列密切相关。因此,控制材料中电子的排列一直是数十年来的研究追求,尽管到目前为止,方法仍相当缓慢。


激光脉冲触发超快材料性能转变!科学家利用光来实现新型超快开关的能力

飞秒的光突发以前所未有的快速时间尺度驱动半金属晶体中奇异的电子跃迁,图片由Samuel Beaulieu提供


Fritz Haber研究所物理化学系主任Ralph Ernstorfer说:“我们知道温度或压力变化等外部影响会起作用,但这至少要花费几秒钟的时间。”


该团队转向灯光以提高速度。


使用Fritz Haber研究所的新设备,研究人员将切换时间缩短到仅100飞秒。为此,他们向由钨和碲原子组成的半金属晶体发射超短激光脉冲。晶体上的光激发了晶体重新组织其电子结构,这也改变了其导电性。另外,科学家们能够精确地观察电子结构的变化。


激光脉冲触发超快材料性能转变!科学家利用光来实现新型超快开关的能力


“我们使用了一种新的工具来记录过渡过程中的每个步骤,”曾在Ernstorfer担任博士后研究员的Samuel Beaulieu说:“这是一个了不起的进步-我们曾经只知道这种材料的电子结构是什么样子,而在过渡过程中从来没有。”


马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所的研究人员还获得了有关过渡如何发生的详细信息,更具体地讲,它是如何开始的。撞击在材料上的激光脉冲改变了电子彼此相互作用的方式。这种过渡称为Lifshitz过渡。


研究人员期望该方法将对可能的晶体管材料进行进一步的研究。


该研究发表在《科学进展》上。



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