Лазерный импульс превращает изолятор в проводник сравнимый с металлом

Международная команда физиков продемонстрировала, как чрезвычайно короткие импульсы света превращают изолятор в металл, позволяя включать и выключать электрический ток на считанные фемтосекунды (квадриллионные доли секунды). Эта технология позволит создать транзисторы, которые будут в 10 000 раз быстрее современных.

Об этой работе сообщается в двух статьях команды в журнале Nature. В первой статье ученые описывают, что происходит при коротком, но мощном выстреле лазерным импульсом по образцу диоксида кремния.

Диоксид кремния - это диэлектрик, с шириной запрещенной зоны, отделяющей валентную зону от зоны проводимости, около 9 эВ. Для сравнения ширина запрещенной зоны кремния составляет около 1,1 эВ, а значит, переключатель из диоксида кремния может, в теории, работать значительно быстрее, чем обычный кремниевый переключатель. Проблема заключается в том, что диоксид кремния должен работать при очень высоких электрических полях, который могут приводить к электрическим пробоям.

Одно из решений этой проблемы заключается в том, чтобы сильное электрическое поле появлялось на очень короткое время, за которое оно не успеет проявить свои деструктивные свойства.

Хотя эксперимент показал, что полупроводник может превратиться в проводник в течение всего 1 фс, он не предоставил прямых свидетельств о том, что эта система возвращается в исходное состояние полупроводника в течение 1 фс, что является необходимым условием для создания схем, оперирующих в масштабах фемтосекунд.

Для получения таких свидетельств, команда провела вторую серию более сложных экспериментов, описанных во второй статье. Они базировались на измерениях поглощения и отражения света от образца диоксида кремния, которые подтвердили, что данный эффект прекращается за 1 фс.

Ученые назвали эту работу доказательством принципа, согласно которому мощные, ультрабыстрые импульсы могут переключать твердотельные элементы. "Теперь мы можем, в теории, создать устройство, работающее в 10 000 раз быстрей транзисторов частотой в 100 GHz", - сказал Марк Стокман из Университета штата Джорджия.