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光学晶体管研究进展科学家们用半导体来旋转

发布时间:2019-03-18 09:16:57

科学(2011.4.2)科学家已经通过使用超薄半导体成功控制了光的旋转。这一科技进步预期可以用来制作替代电学晶体管的光学晶体管。

光可以在不同的方向上振动——就像可以上下左右颤动的琴弦那样,看你往哪个方向拉它了。这被称为光的偏振。而现在,维也纳科技大学的物理学家和维尔茨堡大学的学者们通过合作,已经发明了一种通过使用超薄层半导体来控制和操控光的偏振的方法。

对于将来在光和它的的偏振方面的研究来说,这一发明迈出了重要的一步——这个突破甚至有可能给计算机技术带来全新的发展。这一实验可以看做是光学版本的电晶体管。实验的结果如今已经发表在物理评论快报的刊物上。

用磁场控制光

当一束光通过一个处于强磁场的元件的时候,它的偏振方向是可以被改变的。这就是众所周知的“法拉第效应”。“然而目前为止,法拉第效应在材料中被观察到的是非常微弱的。”专家Alexey Shuvaev.解释道。他和助手Alexey Shuvaev在维也纳科技大学的固态研究所开展了这一实验。通过使用适当的波长和完全纯净的半导体,

光学晶体管研究进展科学家们用半导体来旋转

维也纳和维尔茨堡的科学家们可以得到非常强烈的法拉第效应,比之前测得的高出几个数量级。

现在,光波可以被旋转到任意的方向——偏振的方向可以通过外部的磁场来进行调整。令人惊讶的是,只要用不足千分之一毫米的超薄层材料就可以得到这一点。“若是用其它材料,这么薄的材料层只能使偏振方向旋转零点几度,角度非常小。” Pimenov教授说道。如果光束通过偏光过滤器发送,在只允许光的某一偏振方向通过的情况下,科学家们可以精确的旋转光束的方向,以决定光是否能经过偏光过滤器。

这个惊人效果的关键在于在半导体中的电子行为。光束使电子发生了震荡,同时磁场影响了电子的振动行为。电子的这一复杂的行为反过来又影响了光束的偏振方向。

光学晶体管

在实验中,使用了红外线波谱范围内的的光来对碲化汞半导体层进行照射。“这样的光拥有太赫兹范围的频率——这频率正是下一代电脑所工作的频率”教授Pimenov相信“多年来,电脑的时钟频率并没有真正提高,因为已经去到了一个瓶颈,材料的特性也要跟着发展了。”一个可能的解决办法就是用光学器件补充电子电路。在一个晶体管里,基本的电子元器件,电流是通过外面的信号来进行控制的。在维也纳技术联盟的进行的实验中,光束是通过外部的磁场进行控制的。这两种机制非常相近。“我们可以给我们这一器件取名为光晶体管” Pimenov建议道。

在光学电路可以考虑被用于电脑之前,这一新发现的成果将在以后的研究中证明,是可以作为一个有用工具的。在光学实验室里,它也将在新材料和光的物理特性的研究中扮演起重要的角色。

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