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低能量激光引发半导体材料中的原子激发
发布时间:2024-06-06 15:56:57 阅读:43

来源:日本横滨国立大学;电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 李博杨 编译

该图展示了在WSe2中通过超快宽带太赫兹激发和偏振旋转检测的声子示意图。所得结果(右下角)包括通过和频过程激发的相干声子振荡信号(右上角)。图片来源:Satoshi Kusaba/横滨国立大学

    半导体是下一代技术的基石,因此一种在半导体材料中激发原子的新方法可能会引起广泛的研究者和行业的兴趣。

    通过利用强烈的宽带超快太赫兹脉冲,横滨国立大学和加州理工学院的科学家们演示了在二维半导体材料中的原子激发,推动了电子设备的发展。他们的论文发表于《应用物理快报》,并被选为编辑推荐文章。

    二维(2D)材料或类似纸张的纳米材料,因其独特的电子属性,被视为未来半导体应用的有潜力的材料。过渡金属硫族化合物(TMDs),是一组突出的2D材料,由过渡金属原子层夹在硫族原子层之间。

    这些原子在晶格结构中可以围绕其平衡位置振动或摆动——这种集体激发被称为相干声子,对确定和控制材料性质起着关键作用。

    传统上,相干声子是通过可见光和近红外区域的超短脉冲激光诱导的。使用其他光源的方法仍然有限。

    这项研究的第一作者、横滨国立大学工学研究科的助理教授Satoshi Kusaba表示:“我们的研究解决了一个基本问题,即低能量光子的超快太赫兹频率激光如何在TMD材料中诱导相干声子。”

    太赫兹辐射指的是频率在太赫兹范围内的电磁波,位于微波和红外频率之间。研究团队准备了超快宽带太赫兹脉冲来诱导一种称为WSe2的TMD薄膜中的相干声子动态。

    他们安排了一个精确敏感的设置来检测光学各向异性,也就是当光通过材料时的行为。研究人员调查了与材料相互作用时超短激光脉冲的电场方向的变化;这些变化被称为偏振旋转。

    通过仔细观察所诱导的光学各向异性,团队成功地检测到了由太赫兹脉冲引发的声子信号。

    这项研究的共同第一作者、加州理工学院的博士研究生Haw-Wei Lin表示:“我们研究中最重要的发现是,太赫兹激发可以通过一种独特的和频激发过程在TMDs中诱导相干声子。”

    “这种机制与共振和线性吸收过程根本不同,涉及两个太赫兹光子的组合能量与声子模式的能量相匹配。”

    由于通过这种和频过程可激发的声子模式的对称性与更典型的共振线性过程完全不同,因此本研究中成功使用的激发过程对于完全控制材料中的原子运动至关重要。研究结果的影响不仅局限于基础研究,还为各种实际应用带来了希望。

    Kusaba表示:“通过和频激发过程,我们可以使用太赫兹激发来相干地控制二维原子位置。这为使用TMDs开发低功耗、高速计算和专用光源的TMDs电子学和电子设备的发展带来了希望。”

    其他贡献者包括横滨国立大学的Ryo Tamaki、Ikufumi Katayama和Jun Takada,以及加州理工学院的Geoffrey A. Blake。

 
 

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