ملخصات الأبحاث

التيارات المدفوعة بالمجال الضوئي في الجرافين

.T. Higuchi et al
  • Published online:

كشفت القدرة على توجيه الإلكترونات باستخدام مجال ضوئي كهرومغناطيسي قوي عن إمكانية التحكم في ديناميّات الإلكترون في نطاق زمني أقل من فيمتوثانية (أقل من 10-15 ثانية). تم استكشاف مختلف التأثيرات التي يحركها المجال الضوئي في العوازل وأشباه الموصلات، بما في ذلك التوليدعالي التناغم، والنقل الحشدي بين الحزمي، دون البصري، والتغير غير المضطرب لقابلية الاستقطاب العابر. وفي المقابل، فإن المعروف عن ديناميّات الإلكترون، التي يحركها المجال الضوئي، أقل بكثير في منظومات الفجوة الحزمية الضيقة، أو في الموصلات، حيث يعوق الترشيح الناتج عن الحوامل الحرة، أو كوابح امتصاص الضوء، تطبيق مجالات بصرية قوية. يُعَدّ الجرافين منصة واعدة لتحقيق تحكم إلكتروني مدفوع بالمجال الضوئي في مادة موصلة، بسبب نطاقه العريض، واستجابته البصرية فائقة السرعة، والترشيح الضعيف، وارتفاع الحد الأدنى للتلف. ويبين الباحثون أن تيارًا مستحثًّا في جرافين أحادي الطبقة، بواسطة دورتين من نبضات الليزر، يكون حساسًا للشكل الموجي الخاص بالمجال الكهربي، وهو الشكل الدقيق لمجال الحامل البصري الخاص بالنبضة، وهو ما يتم التحكم فيه بدقة، بواسطة طور مظروف الحامل في نطاق الأتوثانية الزمني (10-18 ثانية). يُظهِر مثل هذا التيار المعتمِد على طور مظروف الحامل انعكاسًا شديدًا لاتجاه التيار، على هيئة دالة لسعة المجال الدافع، عند حوالي فولتين لكل نانومتر. يشير هذا الانعكاس إلى انتقال لتفاعل المادة-الضوء من نظام المجال الضعيف (المدفوع بالفوتون) إلى نظام المجال القوي (المدفوع بالمجال الضوئي)، حيث تؤثر الديناميات بين الحزمية على الانتقالات داخل الحزمة. ويبين الباحثون أن الديناميات الإلكترونية في نظام المجال القوي هذا محكومة بدورة تداخل لانداو-زينر-ستوكلبيرج دون بصرية، تتكون من انتقالات لانداو-زينر متسقة ومتكررة، في نطاق الفيمتوثانية الزمني. وإضافة إلى ذلك.. يمكن التحكم  في تأثير تداخل الدورة دون البصرية هذه بواسطة طور الاستقطاب الليزري. تتم ديناميات الإلكترون المتسقة تلك في الجرافين في نطاق زمني غير مستكشف حتى الآن، وهو أسرع من تشتت الإلكترون-إلكترون (عشرات الفيمتوثانية)، وتشتت الإلكترون-فونون (مئات الفيمتوثانية). ويتوقع الباحثون أن تكون لهذه النتائج تداعيات مباشرة على التصوير الشعاعي المقطعي لبِنْية الحزمة، وإلكترونيات البيتاهرتز المدفوعة بالمجال الضوئي.