Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng cách ứng dụng cực nhanh các đặc tính của vật liệu có thể được kích thích bởi các xung laser - và cơ chế đằng sau đó. Khám phá này có thể cho phép tạo ra các khái niệm bóng bán dẫn mới.

Điều chỉnh cho tốc độ của công nghệ điện tử càng nhanh càng tốt là mục tiêu chính của nghiên cứu vật liệu đương đại. Các thành phần quan trọng của công nghệ tính toán nhanh chủ yếu là các bóng bán dẫn: thiết bị chuyển mạch có thể bật và tắt dòng điện rất nhanh - một trong các bước cơ bản của hoạt động logic. Để nâng cao kiến ​​thức về vật liệu bóng bán dẫn lý tưởng, các nhà vật lý không ngừng cố gắng xác định các phương pháp mới để thực hiện các ứng dụng nhanh như vậy. Các nhà nghiên cứu từ Viện Fritz Haber của Hiệp hội Max Planck ở Berlin và Viện Max Planck về Cấu trúc và Động lực học của Vật chất ở Hamburg hiện đã phát hiện ra rằng một loại "công tắc" siêu nhanh mới có thể được thực hiện bằng ánh sáng.

Các nhà vật lý tham gia vào dự án đang nghiên cứu cách tốt nhất để vật liệu thay đổi tính chất của chúng - chẳng hạn như để làm cho kim loại từ tính trở nên phi từ tính, hoặc thay đổi độ dẫn điện của tinh thể. Tính chất điện của vật liệu liên quan chặt chẽ đến sự sắp xếp của các electron trong tinh thể. Kiểm soát sự sắp xếp của các electron từ lâu đã là một chủ đề được nhắc tới trong nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp kiểm soát đều khá chậm. Tiến sĩ Ralph Ernstorfer, Trưởng nhóm tại Khoa Hóa lý tại Viện Fritz Haber cho biết: “Chúng tôi biết rằng các tác động bên ngoài như nhiệt độ hoặc áp suất thay đổi có tác dụng, nhưng điều đó cần có thời gian, ít nhất là vài giây”. Nhóm của Tiến sĩ Ernstorfer đã khám phá cách chuyển đổi các đặc tính của vật chất nhanh hơn nhiều bằng ánh sáng.

Sử dụng thiết bị hoàn toàn mới tại Viện Fritz Haber, các nhà nghiên cứu đã cắt giảm hàng loạt thời gian chuyển mạch xuống chỉ còn 100 femto giây - 0,000 000 000 000 1 giây - bằng cách bắn các xung laser quang học siêu ngắn vào vật liệu mà họ đã chọn, một loại bán kim loại tinh thể bao gồm các nguyên tử vonfram và Tellurium. Ánh sáng chiếu vào tinh thể khuyến khích sự sắp xếp lại cấu trúc điện tử bên trong, điều này cũng làm thay đổi độ dẫn điện của tinh thể. Ngoài ra, các nhà khoa học đã có thể quan sát chính xác cấu trúc điện tử của nó đã thay đổi như thế nào.

Tiến sĩ Samuel Beaulieu, người từng làm việc với tư cách là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ với Ralph Ernstorfer tại Viện Fritz-Haber (2018-2020), giải thích: “Chúng tôi đã sử dụng một công cụ mới để chụp ảnh quá trình chuyển đổi từng bước. một nhà nghiên cứu thường trực tại Trung tâm Lasers Intenses et Applications (CELIA) tại Đại học CNRS-Bordeaux. Ông cho biết thêm: “Đây là một tiến bộ đáng kinh ngạc - trước đây chúng ta chỉ biết cấu trúc điện tử của vật liệu trông như thế nào, nhưng chưa bao giờ biết được trong quá trình chuyển đổi. Hơn nữa, mô hình hiện đại của quy trình mới này của Tiến sĩ Nicolas Tancogne-Dejean, Tiến sĩ Michael Sentef và Giáo sư Tiến sĩ Angel Rubio từ Viện Max the Planck về Cấu trúc và Động lực học của Vật chất đã tiết lộ nguồn gốc của loại chuyển đổi điện tử cực nhanh mới lạ này. Xung laser tác động vào vật liệu làm thay đổi cách các electron tương tác với nhau. Đó là động lực của quá trình chuyển đổi kỳ lạ này, được gọi là quá trình chuyển đổi Lifshitz.

Phương pháp này chắc chắn sẽ tạo ra rất nhiều kiến ​​thức về các vật liệu bóng bán dẫn có thể có trong tương lai. Thực tế rằng ánh sáng có thể thúc đẩy quá trình chuyển đổi điện tử cực nhanh là bước đầu tiên hướng tới công nghệ nhanh và hiệu quả hơn.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210421151221.htm