當(dāng)硅或石墨烯表面受光照后，其內(nèi)一些電子會(huì)激發(fā)到高能態(tài)，在幾飛秒（千萬億分之一秒）內(nèi)快速完成一連串反應(yīng)。而美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的科研人員找到一種新方法，能在光激發(fā)電子的前幾飛秒內(nèi)操控石墨烯中的電子。這種超快電子控制技術(shù)能在高能電子互相碰撞之前改變它們的方向，最終有望研制出更高效的光伏裝置和能量采集設(shè)備。

MIT的物理學(xué)副教授帕布羅·賈里羅-海瑞羅和同事在以往實(shí)驗(yàn)中曾設(shè)計(jì)過一個(gè)極薄的三明治微裝置，上下兩層是石墨烯，中間是一層絕緣氮化硼。通過改變電壓和光照強(qiáng)度，他們發(fā)現(xiàn)，特定的電壓和波長(zhǎng)的光照能在中間層出現(xiàn)較強(qiáng)電流，這表明高能電子在上下石墨烯層之間實(shí)現(xiàn)了隧穿且沒有損失太多能量。

研究人員發(fā)表在最近出版的《自然·物理學(xué)》雜志上的論文稱，他們?cè)谛卵芯恐杏^察到微裝置電流隨著電壓和光波長(zhǎng)的改變而變化。用光照射上層石墨烯時(shí)，能在幾飛秒內(nèi)調(diào)節(jié)電流。施加不同的電壓和不同波長(zhǎng)的光，能引導(dǎo)高能電子停留在上層分散能量，或者隧穿氮化硼到達(dá)下層與其他電子碰撞分散能量。他們還根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制了不同電壓和光波長(zhǎng)的組合表。

通常你只能在大約1000飛秒之后開始行動(dòng)，而這時(shí)超快反應(yīng)已經(jīng)發(fā)生過了。我們能在幾飛秒內(nèi)，在高能電子與其他電子互動(dòng)之前，決定它們?nèi)ミ@里還是那里。賈里羅-海瑞羅說，假如你想讓電子從一層跳到另一層，但只有藍(lán)光子，就必須用這種電壓；假如有綠光子，你就有更多電壓可選。研究人員指出，這種超快控制可能來源于石墨烯本身的性質(zhì)。因?yàn)槭┦菢O薄的單原子層，電子不用跳得太遠(yuǎn)。哈佛大學(xué)物理學(xué)教授菲利普·金說，這一成果為實(shí)現(xiàn)基于石墨烯結(jié)構(gòu)的新型光電子與能量采集設(shè)備邁出了重要一步。

編輯圈點(diǎn)

能量的儲(chǔ)存一直是人類賴以生存的重要的組成部分，隨著現(xiàn)代科學(xué)的水平不斷提高、手段不斷進(jìn)化，提高獲取和儲(chǔ)存能量的效率成為科學(xué)家一直追求的目標(biāo)。對(duì)此，研發(fā)人員已經(jīng)將科研尺度縮小到質(zhì)量極小的電子層面。這一次，MIT的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的是用超快的方法控制石墨烯中的電子，這種操控能量的新方式最終可能會(huì)生成更加有效的光和能量的收集裝置。希望科學(xué)家再接再厲，讓基于石墨烯結(jié)構(gòu)的能量采集設(shè)備在不久的將來成為現(xiàn)實(shí)。