室温下产生的“电子液体”

2022-02-26 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:874 /
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加州大学河滨分校的一组物理学家在室温下制造了第一种“电子空穴液体”。在传统的电子设备中,电需要电子(蓝色球体)和它们的正对应物(称为空穴(红色球体))的运动,它们的行为与我们大气中的气体分子非常相似。尽管电子和空穴在气相中运动迅速,很少碰撞,但在由超薄材料组成的装置中,它们可以凝......

加州大学河滨分校的一组物理学家在室温下制造了第一种“电子空穴液体”。

In conventional electronic devices, electricity requires the movement of electrons (blue spheres) and their positive counterparts, called holes (red spheres), which behave much like the gas molecules in our atmosphere. Although they move rapidly and collide infrequently in the gas phase, electrons and holes can condense into liquid droplets akin to liquid water in devices composed of ultrathin materials. Image credit: QMO Lab, University of California, Riverside.

在传统的电子设备中,电需要电子(蓝色球体)和它们的正对应物(称为空穴(红色球体))的运动,它们的行为与我们大气中的气体分子非常相似。尽管电子和空穴在气相中运动迅速,很少碰撞,但在由超薄材料组成的装置中,它们可以凝结成类似液态水的液滴。图像学分:加州大学河滨分校QMO实验室。

在他们的实验中,加州大学河滨分校的纳撒尼尔·加博尔博士和合著者在石墨烯层之间构建了一个超薄的半导体钼双层三明治。这种分层结构略厚于单个脱氧核糖核酸分子的宽度。

研究人员随后用超高速激光脉冲轰击这种材料,测量时间为千百万分之一秒。

“通常情况下,使用硅这样的半导体,激光激发会产生电子及其带正电荷的空穴,这些空穴会在材料中扩散和漂移,这就是你定义气体的方式,”加博尔博士说。

然而,研究小组发现了凝结成相当于液体的证据。这种液体除了不是由分子组成,而是由半导体中的电子和空穴组成之外,其性质类似于普通液体如水r。

“我们加大了注入系统的能量,我们什么也没看见,什么也没看见,什么也没看见。然后我们突然看到在材料中形成了我们称之为“异常光电流环”的东西。我们意识到它是一种液体,因为它像液滴一样生长,而不是像气体一样,”加博尔博士说。

“然而,真正让我们惊讶的是,它发生在室温下。此前,创造出这种电子空穴液体的研究人员只能在比深空更冷的温度下才能做到。”

“这种液滴的电子特性将推动光电器件的发展,使其在太赫兹光谱区域以前所未有的效率运行。”

太赫兹波长比红外波长,但比微波短,并且在利用这种波的技术中存在“太赫兹间隙”。

太赫兹波可以用于检测皮肤癌和牙洞,因为它们的穿透力和分辨密度差异的能力有限。

同样,这些波可以用来检测药品药片等产品的缺陷,并发现藏在衣服下面的武器。

“太赫兹发射器和接收器也可以用于更快的外太空通信系统,”

“而且,电子空穴液体可能是量子计算机的基础,量子计算机提供的潜力远远小于目前使用的硅基电路。”

“更一般地说,他实验室使用的技术可能是工程‘量子超材料’的基础,这种材料具有原子尺度的尺寸,能够精确操纵电子,使它们以新的方式运行。”

这项研究发表在《自然光子学》杂志上。

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室温下范德华异质结构光电池中的电子空穴液体。《自然光子学》,2019年2月4日在线出版;doi:10.1038/s 14566-019-0349-y


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