Only Perception: 電子偵測突破能激發次世代技術

2012-03-01

電子偵測突破能激發次世代技術

Electron-detection breakthrough could unleash next-generation technologies
http://www.physorg.com/news/2012-02-electron-detection-breakthrough-unleash-next-generation-technologies.html

February 29, 2012

(PhysOrg.com) -- Kansas 大學的物理學家基於一種稱為「二次諧波產生（second-harmonic generation）」的過程，發現一種偵測電流的新方法，類似電子的雷達測速器，能從遠端偵測它們的速度。

他們的新點子能改良現今許多倚賴電流偵測的再生能源科技 -- 例如，太陽能電池、電池、人造光合作用以及水分解。更進一步，讀取電子運動能力更強的感應器，能強化次世代的行動電話與電腦的基礎。

"到目前為止，偵測電流的絕大多數技術非常像測量一輛車的車速：以相機追蹤它，並在稍後分析其位置如何隨時間變化，" Hui Zhao 表示，KU 物理學助理教授。"但對於移動中的車輛，雷達測速器會是一種更好的工具，因為雷達能讓我們立即測得速度。不過對電子而言，這裡並沒有工具能讓我們直接「看見」像這樣的運動。"

Zhao 與 Judy Wu，大學特聘物理學教授，以及畢業生 Brian Ruzicka、 Lalani Werake、Guowei Xu，一同在 KU 的超快雷射實驗室進行研究。他們的發現最近發表在 Physical Review Letters 中。

研究者們的發現過程是將高功率雷射光照射到包含移動電子的材料上，產生了不同顏色的光。他們觀察砷化鎵的薄結晶 -- 這種材料常用於高速電子裝置或光電裝置。藉由在整個結晶體上施加一電壓，他們使電子以特定速度移動通過它。以人眼看不見的紅外線雷射脈衝照射結晶體，他們發現產生了可見的紅光 -- 二次諧波產生過程的特徵。

此外，他們觀察到紅光的亮度隨著電子的速度縮放。當電子沒有指向性運動時，沒有紅光冒出來。

"藉由偵測紅光，你就能夠在不用接觸樣本以及不擾亂電子的情況下精確測得電子的速度，" Zhao 表示。"在這項研究之前，一般都知道一道電流有三種效應：它能改變系統、改變其溫度並產生磁場。結果，所有電流偵測的實驗性技術都基於這些效應。這項新發現的電流光學效應，開啟了利用雷射來研究電流的新方法。"

KU 研究者的實驗結果與 John Hopkins 大學 Jacob Khurgin 教授以及來自西班牙的 Eugene Sherman 教授所完成的理論性研究一致。

※ 相關報導：

＊ Second-Harmonic Generation Induced by Electric Currents in GaAs
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.108.077403

Brian A. Ruzicka, Lalani K. Werake, Guowei Xu,
Jacob B. Khurgin, E. Ya. Sherman, Judy Z. Wu, and Hui Zhao.
Phys. Rev. Lett. 108, 077403 (2012) [5 pages]
doi: 10.1103/PhysRevLett.108.077403