Электроника сможет работать на петагерцевых частотах

Сегодняшние электронные схемы функционируют с частотой в несколько гигагерц и вплоть до терагерца. Следующие поколения рано или поздно должны начать осваивать петагерцевый диапазон, но до последнего времени оставалась неподтвержденной принципиальная возможность управления и коммутации электронов на столь высоких частотах.

Первое в своём роде исследование того как электроны реагируют на петагерцевые поля, выполнил коллектив под руководством профессора Швейцарской Технической Школы (ETH), Урсулы Келлер (Ursula Keller).

В своих экспериментах Келлер и её коллеги воздействовали на алмазный образец толщиной 50 нм инфракрасным лазерным излучением с длительностью импульса в несколько фемтосекунд. За это время электрическое поле лазера частотой примерно в половину петагерца пять раз осциллировало вперёд и назад, возбуждая электроны.

Действие электрического поля на электроны в прозрачных материалах измеряют непрямым способом, посылая свет через материал и определяя степень его поглощения. Используя собственные ранние наработки, швейцарские ученые смогли адаптировать эту технику для быстро осциллирующих полей. В качестве зондирующих они применили импульсы длительностью в доли фемтосекунды и с длиной волны примерно 30 нм, которые синхронизировались с колебательной фазой ИК-импульса.

Результаты измерений поглощения показали полное соответствие с численными экспериментами, проводившимися в Университете Цукубы (Япония) и учитывавшими сложные взаимодействия между электронами и кристаллической решёткой алмаза с образованием множества энергетических зон, которые могли занимать электроны.

Исследователи смогли выяснить, что поглощение в алмазе под действием импульса ИК-лазера определяется динамическим эффектом Франца-Келдыша, который в отличие от его статического аналога, до сих пор не наблюдали экспериментально.

«Тот факт, что мы все-ещё можем видеть этот эффект даже при возбуждении на петагерцевых частотах, подтверждает, что на электроны в самом деле можно воздействовать с предельной скоростью лазерного поля», — пояснил Лукас Галлман (Lukas Gallmann), старший научный сотрудник лаборатории Келлер.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365