光速電子？包括康斯坦茨大學(xué)物理學(xué)家在內(nèi)的一個歐洲研究小組已經(jīng)找到了一種方法，通過用光操縱電子，有時可以在飛秒范圍內(nèi)傳輸電子，這可能會對未來數(shù)據(jù)處理和計算產(chǎn)生重大影響。

傳統(tǒng)上基于硅半導(dǎo)體技術(shù)的現(xiàn)代電子元件可以在皮秒（即10^-12秒）內(nèi)打開或關(guān)閉。標(biāo)準(zhǔn)手機和計算機的最高工作頻率為幾千兆赫(1 GHz=10^9 Hz)，而單個晶體管可以接近1太赫茲(1THz=10^12 Hz)。

此后，使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)進一步提高電子開關(guān)設(shè)備的打開或關(guān)閉速度已被證明是一項挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在在康斯坦茨大學(xué)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(dǎo)電子以亞飛秒的速度移動，即快于10^-15秒。研究的合著者/德國康斯坦茨大學(xué)的超快現(xiàn)象和光子學(xué)教授阿爾弗雷德·萊滕斯托弗說：這很可能是電子學(xué)遙遠的未來，研究用單周期光脈沖進行的實驗，將我們帶入了電子傳輸?shù)陌⒚敕秶?/p>

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(dāng)于10^-15秒?？邓固勾拇髮W(xué)物理系和應(yīng)用光子學(xué)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(xué)的未來在于集成等離子體和光電設(shè)備，這些設(shè)備在光學(xué)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?；A(chǔ)的研究，可能需要幾十年的時間才能實施。

關(guān)于控制光和物質(zhì)的問題

來自康斯坦茨大學(xué)、盧森堡大學(xué)、法國巴黎大學(xué)和西班牙圣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(xué)家組成的國際團隊面臨的挑戰(zhàn)是：一方面開發(fā)一種實驗裝置，用于操縱低于單個振蕩周期的飛秒尺度超短光脈沖，并創(chuàng)造納米結(jié)構(gòu)。應(yīng)用光子學(xué)中心是開發(fā)超快激光技術(shù)的世界領(lǐng)先設(shè)施，合作研究中心767控制的納米系統(tǒng)：相互作用和與宏尺度的接口，可以獲得非常明確的納米結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可以在納米尺度上創(chuàng)建和控制。

超快電子開關(guān)

開發(fā)的實驗裝置涉及納米級黃金天線以及能夠每秒發(fā)射1億個單周期光脈沖的超快激光，以便產(chǎn)生可測量電流。光學(xué)天線能將激光脈沖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。由于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(即小于1飛秒，1AS=10^-18秒)的速度切換電子電流。這個過程只發(fā)生在光脈沖電場振蕩周期不到半個周期的時間尺度上，這一觀察結(jié)果表明：

巴黎和圣塞巴斯蒂安的項目合作伙伴，能夠通過對耦合到光場的電子量子結(jié)構(gòu)，進行與時間相關(guān)的處理來確認并繪制出詳細地圖。這項研究為理解光如何與凝聚態(tài)物質(zhì)相互作用開辟了全新的機會，使人們能夠在前所未有的時間和空間尺度上觀察量子現(xiàn)象。在這項研究提供由光場驅(qū)動的納米級電子動力學(xué)新方法的基礎(chǔ)上，研究人員將繼續(xù)研究原時間和空間尺度上的電子，在更復(fù)雜皮米級尺度固態(tài)設(shè)備中的傳輸。

博科園｜研究/來自：康斯坦茨大學(xué)

參考期刊《自然物理學(xué)》

DOI: 10.1038/s41567-019-0745-8

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