新測量技術(shù)在比現(xiàn)有技術(shù)小得多的尺度上表征材料的能力增強(qiáng)，將加速二維、微尺度和納米尺度材料的發(fā)現(xiàn)和研究。能夠精確地測量小體積材料的半導(dǎo)體特性有助于工程師們確定這些材料在未來的應(yīng)用范圍，特別是在電子和光學(xué)設(shè)備尺寸不斷縮小的情況下。

丹尼爾·沃瑟曼(Daniel?Wasserman)是科克雷爾工程學(xué)院(Cockrell?School?of?Engineering)電子和計算機(jī)工程系的副教授，他領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊構(gòu)建了物理系統(tǒng)，開發(fā)了能夠達(dá)到這種靈敏度水平的測量技術(shù)，半導(dǎo)體材料質(zhì)量檢測靈敏度提高100000倍！

博科園：并成功地證明了其性能的改善，研究成果發(fā)表在2019年4月9的《自然通訊》上。該團(tuán)隊的設(shè)計方法側(cè)重于開發(fā)對材料質(zhì)量提供定量反饋的能力，特別是在光電設(shè)備開發(fā)和制造方面的應(yīng)用。演示的方法能夠測量許多材料，工程師們相信，這些材料有一天將在下一代光電設(shè)備中普遍存在。光電子學(xué)是研究和應(yīng)用能產(chǎn)生、探測和控制光的電子設(shè)備。探測光的光電設(shè)備，也就是所謂的光電探測器，使用從光中產(chǎn)生電信號的材料。光探測器存在于智能手機(jī)攝像頭、太陽能電池以及構(gòu)成我們寬帶網(wǎng)絡(luò)的光纖通信系統(tǒng)中。

在光電材料中，電子保持“光激發(fā)”或能夠產(chǎn)生電信號的時間長短，是光電檢測應(yīng)用中該材料潛在質(zhì)量的可靠指標(biāo)。目前用于測量光激發(fā)電子載流子動力學(xué)或壽命的方法成本高且復(fù)雜，只能測量大規(guī)模材料樣品，精度有限。德克薩斯大學(xué)研究小組決定嘗試用一種不同的方法來量化這些壽命，方法是將小體積的材料放入專門設(shè)計的微波諧振器電路中。樣品在諧振腔內(nèi)暴露在集中的微波場中。當(dāng)樣品被光照射時，微波電路信號發(fā)生變化，在標(biāo)準(zhǔn)示波器上可以讀出電路中的變化。

微波信號的衰減表明在電路中放置小體積材料中光激發(fā)載流子的壽命。測量電子(微波)信號的衰減使我們能夠以更高精度測量材料的載流子壽命。發(fā)現(xiàn)，與目前的方法相比，它是一種更簡單、更便宜、更有效的方法。載流子壽命是一個重要的材料參數(shù)，它提供了對材料整體光學(xué)質(zhì)量的洞察，同時也決定了材料集成到光電探測器設(shè)備結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用范圍。例如，具有很長載流子壽命的材料可能具有很高的光學(xué)質(zhì)量，因此非常敏感，但可能不適用于需要高速的應(yīng)用。

盡管載體壽命很重要，但沒有多少(如果有的話)非接觸式的方法可以用來表征小面積材料，比如紅外像素或二維材料。這些材料近年來在技術(shù)上得到了普及和重視。在分子傳感、熱成像以及某些防御和安全系統(tǒng)中，紅外探測是一個至關(guān)重要的組成部分。更好地理解紅外材料可能會導(dǎo)致夜視鏡或紅外光譜和傳感系統(tǒng)的創(chuàng)新。在這些頻率下運(yùn)行的高速探測器甚至可以使長波長紅外自由空間通信的發(fā)展成為可能：一種允許在困難條件下、在空間或城市環(huán)境中建筑物之間進(jìn)行無線通信的技術(shù)。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自:?德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校

參考期刊文獻(xiàn):《自然通訊》

DOI:?10.1038/s41467-019-09602-2

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