Elektronimajakka valaisee uutta fysiikkaa

Michiganin yliopiston tutkijat ovat luoneet laitteiston, jonka avulla he voivat hallita elektronien virtausta puolijohteen läpi käyttämällä vain laservaloa – ilman sähkövirtaa.

Tämä laitteisto rakennettiin tutkimaan perusfysiikkaa ja toteuttamaan aiemmin havaitsematonta käyttäytymistä, mutta se voisi myös avata ovia uusille sovelluksille optiikan ja elektroniikan yhdistävillä aloilla, kuten sensoritekniikassa, kuvantamisessa ja televiestinnässä.

Ilmiö voisi auttaa parantamaan signaalien siirtoa laitteiden kautta ja niiden välillä sekä luoda uusia mahdollisuuksia tallentaa enemmän informaatiota näihin signaaleihin.

"Tällä nanoteknisesti valmistetulla sähkölaitteella on potentiaalia muuttua joksikin, joka mittaa valon eri puolia", sanoi tohtoriopiskelija Yiming Gong. "Mutta tämä juontaa juurensa hyvin perustavanlaatuisesta fysiikan tasosta, joka on eri optisten absorptioprosessien välinen interferenssi."

Tutkijat osoittivat, että he pystyivät indusoimaan elektronien säännöllisen virtauksen puolijohteen läpi käyttämällä kahta eri valon väriä. Kiertämällä kahden optisen kentän polarisaatiota – valoaaltojen värähtelysuuntaa – tutkijat pystyivät myös hallitsemaan sähkövirran suuntaa.

"Asiat eivät normaalisti toimi näin. Kun ajattelee elektronien liikkumista materiaalin läpi, ne liikkuvat, koska niihin on kohdistettu sähkökenttä, ja ne itse asiassa pomppivat ja ajelehtivat materiaalien poikki. Tässä valon avulla elektroneja voidaan ikään kuin injektoida tiettyyn suuntaan ilman sähkökentän käyttöä", sanoo UM:n fyysikko Steven Cundiff

Vaikka aiempi työ oli osoittanut valon kyvyn saada elektronit virtaamaan pelkällä valolla, tämä työ menee askeleen pidemmälle ja osoittaa, että valo saa elektronit virtaamaan kapeana säteenä tiettyyn suuntaan.

"Valo ei enää pelkästään kytke virtaa päälle; se myös tähtää sitä", Cundiff sanoi.

Cundiff vertaa tätä majakkaan, joka pyyhkäisee valonsäteen pyörittämällä peiliään. Tässä säde koostuu elektroneista ja sädettä voidaan kiertää kiertämällä kahden vaihekoherentin optisen kentän polarisaatiota.

Ilmiö perustuu kvantti-interferenssiin, joka syntyy, kun kaksi valon väriä ajaa eri absorptioreittejä samaan lopulliseen tilaan. Valo siirtää energiaa puolijohdemateriaaliin fotoneissa, jotka mobilisoivat materiaalin sähkövarauksen kantajat.

Cundiffin mukaan UM-laitteistossa tuleva valo absorboituu samanaikaisesti kahta reittiä pitkin, ja reittejä voidaan pitää päällekkäisinä väreilyinä. Nämä väreilyt asettuvat linjaan ja vahvistavat toisiaan tiettyyn suuntaan liikkuvien elektronien kohdalla, mutta kumoavat toisensa muihin suuntiin liikkuvien elektronien kohdalla.

Aiheesta aiemmin:

Valon spinin pyörittelyä

Valoa valolla ohjaten