研究：利用香蕉球效應(yīng)實(shí)現(xiàn)太赫茲高頻信號傳遞

近日，中科院上海技術(shù)物理研究所王林、陳效雙團(tuán)隊(duì)和東華大學(xué)邢懷中團(tuán)隊(duì)、意大利拉奎拉大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作，通過精確操控第二類狄拉克費(fèi)米子態(tài)誘導(dǎo)布洛赫自旋電子單向散射，實(shí)現(xiàn)高頻信號傳遞。相關(guān)成果發(fā)表于《自然—通訊》。

喜歡看足球的人都知道，香蕉球在空中一邊飛行一邊自轉(zhuǎn)，能巧妙地繞過人墻，讓守門員猝不及防，以刁鉆的角度入網(wǎng)。這是因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)的足球在運(yùn)動過程中，上/下半側(cè)受到的氣流壓力不同而使其偏離常規(guī)的落體運(yùn)動，這個(gè)現(xiàn)象就是經(jīng)典的馬格努斯效應(yīng)。

微電子芯片類似于一個(gè)“足球場”，如果把電子比喻成足球，信息交換主要依賴于電子點(diǎn)對點(diǎn)的快速傳輸、存儲與處理，但是電子受到阻礙會產(chǎn)生功耗、熱耗散等。如果能改變電子的直線傳輸方式，借助于類似“香蕉球”自轉(zhuǎn)的電子傳遞，那么電子傳輸有可能繞過障礙物實(shí)現(xiàn)能量無耗散轉(zhuǎn)化，將在低功耗和高能效水平下實(shí)現(xiàn)更多的信息存儲、更快的信息交互和處理。

研究人員通過實(shí)驗(yàn)給出電子在自旋、能量、動量三個(gè)維度的詳細(xì)信息，在碲化鎳薄膜材料表面觀察到自旋態(tài)電子的分布。當(dāng)交變的電磁波作用于這些自旋的電子后，受電磁力作用的自旋電子會產(chǎn)生周期性振蕩，形成手性Bloch電子態(tài)。這些電子好比運(yùn)動場上 “高速旋轉(zhuǎn)的球”，當(dāng)兩個(gè)運(yùn)動方向相反且自旋方向也相反的電子遇到晶格散射場力作用時(shí)，每個(gè)自旋電子都會出現(xiàn)類似“香蕉球”的反射并朝著同一個(gè)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即在宏觀上產(chǎn)生橫向方向上的直流電。即使在高于太赫茲的頻率下，依然顯示出高達(dá)251毫安/瓦的室溫靈敏特性，具備寬帶寬工作、高動態(tài)范圍和高分辨太赫茲成像通信等功能。(黃辛)

關(guān)鍵詞： 香蕉球效應(yīng) 太赫茲