近日，中國科學院上海光學精密機械研究所研究團隊，在利用超快光場調控二維材料器件中的拍赫茲（PHz）光電流方面取得理論突破，揭示了多體相互作用在驅動拍赫茲光電流產生過程中的關鍵性影響。
隨著摩爾定律逐漸失效，傳統半導體技術正逼近其物理極限。在此背景下，“光波電子學”應運而生。該領域利用超強超快激光的振蕩電場，直接在飛秒（千萬億分之一秒）甚至阿秒（百億億分之一秒）的時間尺度上操控電子運動，有望將信號處理速度提升至PHz量級，比當前最快的晶體管快數百萬倍。此前，多項研究已通過激光波形控制，在不同材料中實現了光電流產生，為制造PHz級光學開關奠定了基礎。然而，這些研究大多基于“單粒子圖像”，將電子視為獨立運動的粒子，忽略了它們之間復雜的相互作用。為填補這一理論空白，研究人員采用非平衡格林函數理論框架，模擬了在強激光驅動下，電子間的多體相互作用如何影響其超快動力學行為。
研究發現，多體效應主導的光電流會引發電子間的相互作用，導致材料能帶結構的重整化，并直接引起光電子產生過程中隨驅動光強變化的干涉現象。同時，團隊類比傳統場效應管中“柵壓—源漏”調控機理，引入了兩束正交偏振的激光脈沖，實現了光電流“注入”與“控制”的徹底解耦。團隊通過調節兩束脈沖的相對時間延遲，證明了接近1 PHz的超高速電流調制頻率。基于這一方案，研究人員進一步提出構建PHz光波邏輯門的原理性方案，并衍生出測量電子退相干時間的新技術路徑。
該研究揭示了多體相互作用在PHz電流產生與調控中的核心地位，將光波電子學研究由“單粒子圖像”推進至“多體關聯”新階段，為面向多體物理的新型超快、低能耗光電子器件設計提供了關鍵理論依據與新技術思路。
相關研究成果發表在《物理評論B》（Physical Review B）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院的支持。
論文鏈接
少周期激光脈沖驅動單層MoS2產生定向光電流的原理示意圖
考慮電子多體相互作用的不同邏輯門構建
本文鏈接：超快光場調控拍赫茲光電流研究獲進展http://m.sq15.cn/show-12-2067-0.html
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