研究：利用香蕉球效應(yīng)實現(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、陳效雙團隊和東華大學(xué)邢懷中團隊、意大利拉奎拉大學(xué)相關(guān)團隊合作，通過精確操控第二類狄拉克費米子態(tài)誘導(dǎo)布洛赫自旋電子單向散射，實現(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)。這是因為高速旋轉(zhuǎn)的足球在運動過程中，上/下半側(cè)受到的氣流壓力不同而使其偏離常規(guī)的落體運動，這個現(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“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對點的快速傳輸、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現(xiàn)能量無耗散轉(zhuǎn)化，將在低功耗和高能效水平下實現(xiàn)更多的信息存儲、更快的信息交互和處理。

研究人員通過實驗給出電子在自旋、能量、動量三個維度的詳細信息，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)。這些電子好比運動場上 “高速旋轉(zhuǎn)的球”，當兩個運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，每個自旋電子都會出現(xiàn)類似“香蕉球”的反射并朝著同一個方向發(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