通过材料缺陷控制依赖自旋的petahertz电子学的一个步骤

时间:2020-03-07 18:57 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

通过材料缺陷控制依赖自旋的petahertz电子学的一个步骤

在各种电子和光电子设备中,半导体的运行速度被限制在数十亿赫兹(每秒十亿次振荡)。这限制了计算速度的上限。现在来自MPSD和孟买印度理工学院的研究人员已经解释了如何利用光波和有缺陷的固体材料来加速这些过程。

光波每秒产生几百万亿次振荡。因此,很自然地设想使用光振荡来驱动电子运动。与传统技术不同的是,光波不仅启动电子运动,而且在其自然时间尺度上控制电子运动,即阿秒(1阿秒是1的1次方分之一秒)。这有可能以数量级提高设备和计算的运算速度,并为petahertz电子公司开辟道路。

当固体暴露在强烈的超短光中时,会发出高频闪光。这个过程被称为高谐波产生(HHG)。入射光的电场振荡触发并控制固体中电子的运动,从而设置固体中的电流。感应电流有两个贡献:一个是电子从价带跃迁到导带,另一个是电子和空穴在各自能带上的运动。

在固体中HHG过程的理论和实验研究中,通常认为固体是无缺陷的。然而,这一基本假设在实践中并不正确。在实际固体中,由于生长过程,缺陷是不可避免的。它们可以是不同的形式,如空位、间隙或杂质。目前,对于缺陷的存在如何改变HHG过程和相关的电子动力学还知之甚少。记住缺陷工程是传统光电子学的支柱,因此理解缺陷在petahertz电子学和自旋电子学中的作用是至关重要的。

在他们最近的理论工作发表在npj计算材料,一个研究小组从印度理工学院(IIT)在孟买,印度,和大物质的结构和动力学研究所(MPSD)在汉堡,德国,有解决的一个重要缺失信息的奋进号petahertz电子和自旋电子学:不同种类的缺陷如何影响电子在固体的运动作用下吗?为了解决这个问题,一个二维六方氮化硼单层(h-BN)与硼或氮原子空位暴露在强烈的闪光。

一旦氮或硼原子被移除,氢氮化硼就开始表现为电子的施主或受体。这导致了性质不同的电子结构和诱导的空位缺陷成为自旋极化。特别是,研究小组发现,这两个自旋通道受到的影响不同,自旋相反的电子对高次谐波发射的贡献也不同。此外,电子-电子相互作用在有缺陷的固体中表现出与原始固体不一致的一面。

本工作还预测了氮或硼原子被碳原子(掺杂缺陷)取代而不是完全从氢氮硼中除去的情况。当一个硼原子被一个碳原子取代时,电子动力学类似于把一个氮原子完全从氢氮化硼中移除。相反,当一个氮原子被一个碳原子取代时,就会出现相反的情况:这里的动力学类似于硼原子完全脱离系统的动力学。

这项工作是一个重要的一步,以实现更好的控制光波驱动的petahertz自旋电子学利用缺陷工程在固体。

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