NATURE | ملخصات الأبحاث

قياسات إلكترونية متعددة البيتاهرتز

M Garg et al

Published online

يحدِّد تردد التيارات الكهربائية المرتبط بحاملات الشحنة التي تتحرك في النطاقات الإلكترونية للمواد الصلبة الحدَّ الأقصى لسرعة الإلكترونيات، ومن ثم سرعة معالجة المعلومات والإشارات. ويَعِدُ استخدام المجالات الضوئية لدفع الإلكترونات بإمكانية الوصول إلى ترددات أعلى بكثير من تلك المستخدَمة بشكل تقليدي، حيث يمكن حث التيارات الكهربائية والتحكم فيها على مقياس زمني أسرع من المقياس الزمني لتغيُّر الطور الكَمِّي لحاملات الشحنة في المواد الصلبة. يشكِّل هذا أساس إلكترونيات التيراهرتز (10 12 هرتز) في الشبكات الفائقة الاصطناعية، كما أنه أتاح إمكانية ابتكار مفاتيح معتمِدة على الضوء، ومعاينة تيارات يمتد تردُّدها ليصل إلى بضع مئات من التيراهرتز. ويشرح الباحثون في هذه الدراسة توسيع نطاق تقنية القياس الإلكتروني؛ لتشمل المدى الترددي متعدد البيتاهرتز (10 15 هرتز). ولدفع حركة الإلكترون داخل كتلة ثاني أكسيد السيليكون، استخدم الباحثون مجالات ضوئية مكثفة أحادية الدورة (حوالي فولت لكل أنجستروم)، ثم قاموا بفحص ديناميكية الإلكترون، من خلال استخدام مخطط أتوثانية (10 -18 ثانية)؛ لوضع خريطة للبِنْيَة الزمنية للتذبذبات فوق البنفسجية القصوى المعزولة الناشئة بزمن أتوثانية، ومحرّكها الضوئي. تؤسس هذه البيانات رابطًا قويًّا بين انبعاث الإشعاعات فوق البنفسجية القصوى، والتيارات الكهربائية متسقة الطور، المستحثة بالضوء داخل النطاق، التي يمتد ترددها ليصل إلى حوالي ثمانية بيتاهرتز؛ كما تتيح إمكانية الوصول إلى التوصيل غير الخطي الديناميكي لثاني أكسيد السيليكون. كما أن الفحص المباشر للشكل الموجي للتيارات ـ وحصره، والسيطرة عليه ـ ضمن النطاق داخل المواد الصلبة على مقياس زمني من الأتوثانية يؤسس لطريقة تتيح تحويل الإلكترونيات متسقة الطور متعددة البيتاهرتز إلى حقيقة. ويتوقع الباحثون أن تتيح هذه التقنية إمكانية ابتكار طرق جديدة؛ لاستكشاف التفاعل بين ديناميكيات الإلكترونات، وبنية المواد المكثفة على المستوى الذري.