Nat.Mater|光控电子气揭示超快电子学的未来
发布时间:2025-10-14 16:32:01 阅读数: 88


未来,我们的手机和互联网数据能否改用光而非仅靠电能运行?如今,由法国国家科学研究中心(CNRS)阿尔伯特·费尔特实验室(Laboratoire Albert Fert;CNRS/Thales)研究人员领衔的国际团队首次发现,通过照射由氧化物层构成的材料,可生成LED屏幕中常见的电子气。
这些气体天然存在于某些半导体材料中,此前仅能在氧化物材料中通过电信号进行操控。当光源关闭时,气体便会消失。
这一横跨光学与电子学领域的现象,为电子学、自旋电子学和量子计算开辟了众多应用前景。相关研究成果发表于《自然·材料》期刊。

与电控电子元件相比,光控电子元件具有速度更快、能效更高、操作更简便的显著优势。例如,采用光控晶体管可使芯片上的电触点数量减少高达三分之一,仅计算机处理器一项便能省去约10亿个电触点。
这项发现还可能催生光子学与电子学结合的其他应用,例如设计超灵敏光探测器。在此应用中,光线实质上起到了增强器的作用:在相同电压下,其产生的电流强度可比黑暗环境高出10万倍。

IL-NNO/STO体系在光照下的巨光电导现象。a)样品及测量构型示意图,采用不同波长光源照射样品并通过范德堡(VdP)构型测量电阻。b)黑暗条件(黑色)与365nm紫外光照(P=116mW cm?2,红色)下的R(T)曲线。c)不同光功率P(见图例)的OFF→ON→OFF光照序列中电阻随时间变化。d)黑暗(黑色)与相同功率(P=116mW cm?2)不同波长(见图例)光照下的R(T)曲线。所有测量均针对STO//NNO(9nm)/STO(1nm)样品进行。
这项突破性成果是通过将尖端实验与理论计算相结合实现的。研究人员对两层氧化物界面处的原子排列进行了精密校准,利用原子尺度观测识别原子行为,并借助建模技术描述了原子在光刺激作用下电子的运动状态。