研究人员报告在半导体和金属状态之间切换材料

马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所和柏林洪堡大学的一组研究人员发现，半导体可以比以前想象的更容易、更快速地转化为金属并通过光返回。这一发现可能会提高处理速度并简化许多常见技术设备的设计。

今天使用的大部分技术都依赖于晶体管。它们连接构成这些设备的许多材料，对于任何类型的数据处理都是必不可少的。由于晶体管如此重要，科学家和工程师长期以来一直试图通过修改其材料特性来优化它们，以便更灵活地使用它们。现在，马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所和柏林洪堡大学的一组研究人员发现了如何实现这一目标的重要线索。

晶体管通常由半导体组成，这种材料导电但不如金属好。在普通晶体管中，几个半导体组合在一起来控制电流。不幸的是，这限制了它们内置的设备的性能和尺寸。柏林洪堡大学教授 Julia Stähler 说：“基本上，只要有一种材料就可以做到这一切，这将是理想的选择。”他在弗里茨哈伯研究所领导了这项研究。

尽管可以通过称为“掺杂”的化学过程改变半导体的导电性，但这种将半导体原子替换为其他原子的技术具有局限性。材料的属性可以改变，但会永久保持不变。研究人员正在寻找一种可以在不同特性之间切换的材料。Julia Stähler 的团队找到了这个问题的答案：光。

参与这项研究的科学家们研究了流行的半导体氧化锌，并发现通过用激光照射它，半导体表面可以变成金属——然后又回来。这种“光掺杂”是通过光激发实现的：光改变电子特性，使电子突然自由移动，电流可以流动，就像在金属中一样。一旦光线被关闭，材料也会迅速恢复为半导体。

“这种机制是一个全新且令人惊讶的发现，”主要作者兼博士 Lukas Gierster 说。Stähler 小组的学生。“特别让我们惊讶的是三件事：第一，尽管机制根本不同，但光掺杂和化学掺杂的行为非常相似;第二，可以用非常低的激光功率实现巨大的变化;第三，打开和关闭金属​​发生迅速地。”

转换为金属只需要 20 飞秒，即十亿分之一秒的百万分之一。半导体重新形成的速度尤其惊人，因为它比之前的研究快了几个数量级。换句话说，光是一种超快开关，它具有将氧化锌的半导体特性可逆地改变为金属行为的力量。

通过提高处理速度和简化设备设计，这一发现可能对高频设备应用和超快光控晶体管非常有益。Julia Stähler 说：“我们的小工具可能会变得更快，从而更智能，”并补充道：“低功耗、超快的传导特性切换将为我们提供高速和设计灵活性。” 她和她的团队深信，对于其他半导体材料也是如此，因此他们的发现可能会远不止氧化锌。

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