Свет вместо электричества. Ученые из Мичигана разработали новый способ управления электронами

Главная особенность разработки заключается в том, что для создания и направления электрического тока больше не требуется использовать внешнее электрическое поле или традиционный источник питания.

Соответствующее исследование, поддержанное Национальным научным фондом США, было опубликовано в авторитетном научном журнале Physical Review Letters .

Авторы разработки продемонстрировали, что сочетание света двух разных цветов способно формировать упорядоченный и узконаправленный поток электронов внутри полупроводника. Изменяя поляризацию двух оптических полей (направление колебаний световых волн), физики смогли плавно поворачивать направление электронного тока.

Старший автор исследования Стивен Кандифф сравнил этот эффект с работой обычного маяка, который посылает луч света вдоль горизонта, вращая лампу. В лабораторном эксперименте роль луча выполняет сконцентрированный поток электронов. Светодиод в такой системе не просто включает ток, а действует как элемент наведения.

В основе этого явления лежит эффект квантовой интерференции. Когда полупроводниковый материал одновременно поглощает падающий свет двух цветов по двум разным путям, световые волны накладываются друг на друга. Для электронов, движущихся в одном выбранном направлении, эти волны резонируют и усиливают друг друга, тогда как во всех остальных направлениях они взаимно гасятся. В результате формируется плотный ток, направленный строго в заданную сторону.

Практическую реализацию теоретической идеи, ранее выдвинутой Дж. Э. Сайпом из Университета Торонто, осуществил аспирант Имин Гун в лаборатории нанофабрикации имени Лури (LNF). Самой сложной задачей при изготовлении устройства было исключение влияния любых посторонних электрических полей, чтобы подтвердить сугубо оптическую природу возникновения тока. Для этого исследователям пришлось разработать специальный технологический процесс соединения материалов и провести эксперименты с различными температурными режимами.

Хотя устройство создавалось прежде всего для исследования фундаментальных физических явлений, эта разработка обладает значительным практическим потенциалом. В будущем данная технология может способствовать развитию гибридных оптико-электронных систем, совершенствованию телекоммуникаций, а также созданию сверхточных датчиков и новых способов кодирования информации в электронных чипах.