德國科學家創造奇蹟，一皮秒內實現半導體超高速控制

近日，來自德國比勒費爾德大學（Bielefeld University）和萊布尼茲固體與材料研究所（IFW Dresden）的物理學家們發表一項重大研究成果，展示了如何利用超短光脈衝在一皮秒的時間內控制半導體。這項研究發表於《自然通訊》（Nature Communications）期刊，標誌著奈米電子學領域的一次重大突破。

研究團隊設計了奈米級天線，能夠將兆赫輻射（Terahertz radiation）轉換為垂直電場，並應用於原子薄材料如二硫化鉬（MoS₂）。兆赫輻射位於紅外線和微波頻率之間，這種新型天線設計使得產生的電場強度可達到幾百萬伏特每厘米。

項目負責人、比勒費爾德大學的物理學教授德米特里·特欽諾維奇（Dr. Dmitry Turchinovich）表示，傳統上，這類垂直電場是透過電子閘來施加的，但這種方法的反應速度相對較慢。相對而言，這項新技術利用兆赫輻射本身在半導體材料中生成控制信號，實現了行業相容的光驅動超快光電子技術。

這項技術能夠在小於一皮秒的時間尺度上實現電子結構的即時控制，科學家們成功地實驗性地證明了可以透過光脈衝選擇性地改變材料的光學和電子特性。

該研究的核心概念及其實驗實施和理論建模均在比勒費爾德大學開發，主要作者、時任瑪麗·居禮研究員平田智樹（Dr. Tomoki Hiraoka）表示，看到如此強大且一致的效應純粹由兆赫輻射脈衝引發，讓人感到非常振奮。

為了實現這一效果，德勒斯登的IFW團隊在安迪·托馬斯（Dr. Andy Thomas）的帶領下製造了複雜的3D-2D奈米天線。托馬斯表示，開發最佳設備的過程非常艱辛，必須製造和測試多種不同結構，才能達到所需的性能。

這項發展有望推動超快信號控制設備、電子開關和感測器的研發，這些元件可應用於數據傳輸、攝影機和雷射系統等領域，潛在的應用範圍包括通訊系統、計算、成像和量子技術。