Terahertz 방사선은 반도체를 조작

새로운 기술로 엑시톤의 관찰 및 조작 가능

발광 다이오드 © SXC
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Terahertz 방사선은 적외선과 마이크로파 방사선 사이의 전자기 스펙트럼에 있으며 육안으로는 볼 수 없습니다. 그러나 과학의 경우, 이 방사선은 점점 귀중한 관측 도구로 입증되고 있습니다. 이제 과학자들은 반도체 기술에서 테라 헤르츠 방사선에 사용될 수있는 기술을 개발했습니다.

반도체 기술 응용

몇 년 전, 스테판 W. 코흐 (Stephan W. Koch) 교수와 마르부르크 대학 (University of Marburg)의 그의 팀은 테라 헤르츠 분광법을 사용하여 반도체에서 소위 엑시톤 (exciton)을 연구 할 것을 제안했다. 그들의 이론적 연구는 테라 헤르츠 방사선이 이러한 엑시톤이 "직접적으로"관찰 될 수 있다는 실험에 의해 확인 된 것을 보여 주었으며, 이는 종래의 방법으로는 불가능했다.

현재 유명한 저널 Physical Review Letters에 실린 기사에서 Marburg 물리학자는 한 단계 더 나아가고 있습니다. 거기서 그들은 테라 헤르츠 방사선이 여기자를 관찰 할뿐만 아니라 그것들을 조작하는데 사용될 수 있음을 보여준다. 그들은 이론적 결과를 코발리스에있는 미국 오리건 대학교의 이윤식 교수가 수행 한 실험과 비교함으로써이 결론에 도달했다.

반도체에서의 전하 상호 작용

반도체의 엑시톤은 음전하 전자와 양전하 "정공"의 조합으로, 서로 다른 전하 사이의 매력적인 상호 작용으로 인해 결합 쌍을 형성합니다. 원칙적으로, 이러한 엑시톤은 음으로 하전 된 전자가 양으로 하전 된 핵에 끌리는 수소 원자처럼 행동한다.

수소 원자와 마찬가지로-화학 수업에서 나온 쉘 모델을 생각해보십시오. 여기자의 에너지는 다를 수 있지만 매우 구체적인 값만 가질 수 있습니다. 전자가 첫 번째 껍질에 있다면, 구멍 근처에서, 그것은 낮은 에너지를가집니다. 전자를 더 높은 껍질 ( "전이"라고 함)로 올리는 데 필요한 에너지는 현재 테라 헤르츠 범위에 있습니다. 디스플레이

튜닝으로 엑시톤 조작 가능

테라 헤르츠 방사선이 이러한 여기 전이에 "조정"된다는 사실은 약한 테라 헤르츠 광 펄스를 갖는 여기자를 검출하고 그들의 행동을 관찰하기 위해 이용 될 수있다. 그러나, 실험에서, 강한, 매우 짧은 테라 헤르츠 광 펄스가 사용되었고, 이 강도는 다른 에너지 레벨 사이에서 그러한 전이를 일으키기, 즉 쉘 구성을 변경시키기에 충분하다.

실험에서, 이들 공정은 간접적으로 반도체 물질의 광학적 특성의 측정 가능한 변화를 초래한다. 실험의 이론적 모델링에 의해 Marburg 물리학자는 측정 결과를 정확하게 재생산하는 데 성공했으며, 무엇보다도 이러한 흥분성 전이에 할당했습니다. 실험에서 측정이 "시간 해결"되는 것, 즉 프로세스가 매우 짧은 시간 단위로 추적 될 수 있으므로 매우 상세하게 추적되는 것이 특히 중요합니다.

방사선은 또한 플라스틱을 통해 본다

최근 몇 년 동안 테라 헤르츠 기술과 그 응용 분야의 급속한 발전이있었습니다. 그중 하나가 소위 테라 헤르츠 분광법입니다. 이것은 많은 재료가 특히 테라 헤르츠 범위에서 전자기 방사선과 효과적으로 상호 작용한다는 사실을 이용하는 분석 방법입니다.

예를 들어, 이 방법을 사용하면 유기 물질 및 생물학적 시스템의 구성을 이전보다 더 효율적으로 분석 할 수 있거나 의학에서 화상의 심각성을 진단 할 수 있습니다. 테라 헤르츠 방사선은 플라스틱과 섬유에 쉽게 침투하기 때문에, 예를 들어 공항에있는 사람들이 위험하지 않고 숨겨져있는 폭발성 장치 나 무기를 찾는 보안 응용 프로그램도 가능합니다.

큐빗으로 엑시톤?

그러나, 상기 언급 된 테라 헤르츠 분광법과 같은 테라 헤르츠 기술의 이전의 응용은 특정 물질을 "스캔"하기에 충분한 저 강도 방사선을 사용하지만 그 성질을 변경 시키지는 않는다. 그러나, 예를 들어 정보 기술에서 생각할 수있는 강력한 테라 헤르츠 방사선의 사용을위한 다양한 응용이있다 :

테라 헤르츠 라이트를 사용하여 두 가지 에너지 레벨을 가진 시스템에서 목표적이고 안전한 방식으로 전이를 제어 할 수 있다면, 소위 큐 비트와 같은 여기 전이는 이론적으로 하나에서 발생할 수 있습니다 양자 컴퓨터를 사용할 수 있습니다. 특히 그러한 적용 가능성과 관련하여, 기본적인 상호 작용 프로세스에 대한 더 나은 이해가 바람직하다.

(Marburg 대학교, 2007 년 10 월 12 일-NPO)