Urządzenie powstało przede wszystkim z myślą o badaniu podstawowych praw fizyki i zademonstrowaniu zjawiska, którego wcześniej nie udało się zaobserwować eksperymentalnie. W przyszłości odkrycie może jednak znaleźć zastosowanie w technologiach łączących optykę z elektroniką, między innymi w zaawansowanych czujnikach, systemach obrazowania oraz telekomunikacji. Może również pomóc w skuteczniejszym przesyłaniu sygnałów pomiędzy urządzeniami i kodowaniu w nich większej ilości informacji.
Czytaj więcej
Współczesna gospodarka, szczególnie w obszarze wysokich technologii, jest mocno zglobalizowana. Celujemy w cały świat. Obecnie jednak najwięcej inw...
– Urządzenie elektryczne, które wyprodukowaliśmy w Lurie Nanofabrication Facility, może w przyszłości służyć do mierzenia różnych właściwości światła – powiedział Yiming Gong, który współkierował projektem jako doktorant na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Michigan.
Światło kieruje przepływem elektronów
Zespół wykazał, że światło o dwóch różnych barwach może wywołać uporządkowany przepływ elektronów przez półprzewodnik. Badacze byli również w stanie zmieniać kierunek tego prądu poprzez obracanie polaryzacji dwóch pól optycznych. Polaryzacja określa kierunek, w którym drgają fale świetlne.
– Zwykle nie działa to w ten sposób. Kiedy myślimy o elektronach przemieszczających się przez materiał, zakładamy, że poruszają się dlatego, że przyłożyliśmy pole elektryczne. Elektrony odbijają się wówczas i dryfują przez materiał. Tutaj za pomocą światła można niejako wystrzelić elektrony w określonym kierunku bez przykładania pola elektrycznego – powiedział fizyk z Uniwersytetu Michigan Steven Cundiff, główny autor raportu.
Czytaj więcej
Rosnące zapotrzebowanie sztucznej inteligencji na energię i moc obliczeniową staje się jednym z największych wyzwań technologicznych. Naukowcy z Un...
Wcześniejsze badania wykazały już, że samo światło może wprawiać elektrony w ruch. Nowy eksperyment idzie jednak o krok dalej. Naukowcom udało się bowiem nie tylko wzbudzić przepływ ładunków, lecz także wytworzyć wąski strumień elektronów i precyzyjnie kontrolować kierunek, w którym się przemieszcza.
– Światło nie tylko włącza prąd, ale także nadaje mu kierunek – powiedział Cundiff.
Elektronowa latarnia morska w półprzewodniku
Naukowiec porównuje zaobserwowane zjawisko do działania latarni morskiej, której obracająca się lampa przesuwa snop światła po horyzoncie. W tym eksperymencie ruchoma wiązka nie składa się jednak z fotonów, lecz z elektronów.
Badacze mogą obracać taki strumień elektronów, regulując polaryzację dwóch spójnych fazowo pól optycznych. Oznacza to, że fale świetlne zachowują ściśle określoną zależność fazową, dzięki czemu mogą ze sobą interferować w kontrolowany sposób.
Czytaj więcej
Rodzimy start-up rozwija technologię, bez której trudno wyobrazić sobie stworzenie nowoczesnych wyświetlaczy mikroLED, elementów elektroniki konsum...
To właśnie interferencja sprawia, że elektrony przemieszczające się w jednym kierunku są wzmacniane, podczas gdy ruch w innych kierunkach zostaje osłabiony lub wygaszony. W efekcie prąd nie rozchodzi się równomiernie po materiale, lecz koncentruje się w precyzyjnie wyznaczonym kierunku.
Od teorii do działającego urządzenia
Możliwość stworzenia takiej „elektronowej latarni morskiej” przewidział wcześniej J.E. Sipe z Uniwersytetu w Toronto, który współpracował z badaczami przy innym projekcie. Była to jednak koncepcja teoretyczna, wymagająca potwierdzenia w eksperymencie.
Yiming Gong przekształcił tę ideę w działające urządzenie przy wsparciu specjalistów z Lurie Nanofabrication Facility. Kluczowym wyzwaniem było takie połączenie materiałów, aby podczas produkcji nie powstały dodatkowe pola elektryczne, które mogłyby zakłócić wyniki pomiarów.
Czytaj więcej
Brytyjska armia rozpoczęła testowe strzelanie z nowej broni - mowa o systemie laserowym wysokiej energii (HELWS) firmy Raytheon. Niszczył całe roje...
Naukowcy musieli mieć pewność, że obserwowany ruch elektronów jest wywoływany wyłącznie przez światło, a nie przez napięcie pojawiające się przypadkowo wewnątrz urządzenia. Wymagało to opracowania odpowiedniej metody wytwarzania półprzewodnika oraz wielokrotnego testowania różnych parametrów procesu.
Eksperyment miał przede wszystkim znaczenie dla fizyki podstawowej, ale pokazuje również, że światło może służyć nie tylko do uruchamiania przepływu prądu, lecz także do jego niezwykle precyzyjnego kontrolowania. W przyszłości podobne rozwiązania mogą stać się podstawą nowych urządzeń optoelektronicznych, działających szybciej i pozwalających przesyłać więcej informacji.
