德国科学家创造奇蹟，一皮秒内实现半导体超高速控制

近日，来自德国比勒费尔德大学（Bielefeld University）和莱布尼兹固体与材料研究所（IFW Dresden）的物理学家们发表一项重大研究成果，展示了如何利用超短光脉冲在一皮秒的时间内控制半导体。这项研究发表于《自然通讯》（Nature Communications）期刊，标誌着奈米电子学领域的一次重大突破。

研究团队设计了奈米级天线，能够将兆赫辐射（Terahertz radiation）转换为垂直电场，并应用于原子薄材料如二硫化钼（MoS₂）。兆赫辐射位于红外线和微波频率之间，这种新型天线设计使得产生的电场强度可达到几百万伏特每厘米。

项目负责人、比勒费尔德大学的物理学教授德米特里·特钦诺维奇（Dr. Dmitry Turchinovich）表示，传统上，这类垂直电场是透过电子闸来施加的，但这种方法的反应速度相对较慢。相对而言，这项新技术利用兆赫辐射本身在半导体材料中生成控制信号，实现了行业相容的光驱动超快光电子技术。

这项技术能够在小于一皮秒的时间尺度上实现电子结构的即时控制，科学家们成功地实验性地证明了可以透过光脉冲选择性地改变材料的光学和电子特性。

该研究的核心概念及其实验实施和理论建模均在比勒费尔德大学开发，主要作者、时任玛丽·居礼研究员平田智树（Dr. Tomoki Hiraoka）表示，看到如此强大且一致的效应纯粹由兆赫辐射脉冲引发，让人感到非常振奋。

为了实现这一效果，德勒斯登的IFW团队在安迪·托马斯（Dr. Andy Thomas）的带领下製造了複杂的3D-2D奈米天线。托马斯表示，开发最佳设备的过程非常艰辛，必须製造和测试多种不同结构，才能达到所需的性能。

这项发展有望推动超快信号控制设备、电子开关和感测器的研发，这些元件可应用于数据传输、摄影机和雷射系统等领域，潜在的应用範围包括通讯系统、计算、成像和量子技术。

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（首图来源：比勒费尔德大学）