电子速度有上限吗？

电子组件的切换速度存在限制吗？苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich University)的研究人员深入探讨，透过电场控制可让电子实现多快的速度。这项研究发现可望为未来的petahertz (PHz；10^15)电子研究开启新方向。

目前，业界已经掌握在数千兆赫兹(gigahertz；GHz)以及甚至高达太赫兹(terahertz；THz)范围内的切换速度相关技术了，下一代的电子组件将持续推动至PHz的频率范围。然而，如何在此频率下控制电子的运动，目前仍然是个未知数。由苏黎世联邦理工学院教授Ursula Keller带领的研究团队开始深入调查电子如何达到PHz级。

在其实验中，瑞士的研究人员们将一颗厚度仅50nm的微小钻石暴露于外线雷射的脉冲下，并持续几飞秒的时间。这一光源的电场频率约为0.5PHz；而在执行激光脉冲期间，同时进行五次振荡以刺激电子。在透明的材料下，电场对于电子的效应可藉由传送光穿透材料进行间接测量，并在其穿透的过程中观察其吸收性。

尽管这种测量方式就像以恒定电场进行一样的简单，但激光束的高频振荡对研究人员们带来了重大挑战。原则上，研究人员的目的只想在电场的一小部份振荡期间导通光源。因此，测量脉冲必须比1飞秒的时间更短。此外，在启动脉冲的瞬间，就必须知道激光脉冲电场的精确相位位置。

尽管自1990年代以来就已经大致上掌握了这项技术，但有必要使其大幅进展。此外，还需要进行一定的侦测作业。首先，日本筑波大学(Tsukuba University)的研究人员们以超级计算机仿真电子在钻石中的反应。他们发现与苏黎世联邦理工学院研究团队所测得的相同吸收行为。透过模拟过程，还让研究人员们得以导通与关断在钻石中所发生的某些特定效应。因此，Zurich的研究人员们能将钻石吸收行为的特征归纳成2种能量级。

研究人员的结论是，所谓的动态Franz Keldysh效应，牵涉到钻石在激光脉冲影响下的吸收行为。尽管这种效应对于静态电场来说较易于理解，但以往却不曾在其动态的式下进行观察其极端快速的振荡电场。根据研究人员表示，这表示电子能够透过极高的振荡频率(如外线激光束)加以控制。

虽然，对于实际的PHz电子来说，这些研究发现还有很长的路要走，其他实体效应也可能降低其性能，但瑞士研究人员们的发现仍然与下一代的电子研究密切相关，因为他们证实了在极端高频时电场对于电子运动的潜在影响。

“钻石是应用于一连串技术的关键材料，从光机械到生物传感器等，”苏黎世联邦理工学院博士后研究员Matteo Luccchini表示，“重要的是实际地了解与光场的互动。”

编译：Susan Hong

本文授权编译自EE Times，版权所有，谢绝转载

关注最前沿的电子设计资讯，请关注“电子工程专辑微信公众号”。