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新方法让光子和电子动量相匹配

文章来源:科技日报  2018-06-12

标签:麻省理工发光二极管

美国麻省理工学院和以色列理工学院的科学家近日宣布,他们合作设计出一种新方法,让光子的动量与电子的动量相匹配,从而增强光和物质的相互作用。最新研究有望催生更高效的太阳能电池、新型激光器以及发光二极管(LED)等设备。

研究人员解释称,一般而言,电子的动量比光粒子(光子)的动量大几个数量级,由于动量之间的巨大差异,这些粒子间的相互作用一般比较弱,让其动量“门当户对”可以更好地对其相互作用进行控制,从而使一些基于这些过程的基础研究以及新应用成为可能。要想做到这一点,其中的一种方法是:大幅缩短光的波长,从而增加单个光子的动量,使其更接近电子的动量。

发表在最新出版的《自然·光子学》杂志上的论文称,研究人员证明,让光穿过一种覆盖一层石墨烯的多层薄膜材料,将光的波长缩短1000倍。而且,由砷化镓和砷化铟镓组成的多层薄膜材料能以高度可控的方式改变通过它的光子的行为。

虽然最新研究目前仍处于初期和理论阶段,但研究人员表示,这种方法有望催生能吸收更宽范围波长光的新型太阳能电池以及更高效的激光器和发光二极管等发光器件。而且,相同的原则应该可以应用于硅基器件,使其获得许多目前未知的新功能。

研究负责人、以色列理工学院的亚尼夫·库曼指出,尽管作为现今电子设备的基础元件,硅的重要性不可言喻,但在涉及光的应用——比如LED和太阳能电池等方面,其表现就差强人意。改善光与硅等重要电子材料的相互作用,是将光子学设备(基于光波操纵)与电子半导体芯片集成的重要里程碑。


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