密歇根大学研发出纳米开关 首次实现激子的定向、门控流动

盖世汽车讯 一种新型纳米结构如同导线和开关，首次能够在室温下控制和引导量子准粒子（又称为激子）的流动。据外媒报道，密歇根大学（University of Michigan）工程师开发的这种类似晶体管的开关可以加速信息传输，甚至可以实现以激子而非电流为动力的电路，这为新型器件的诞生铺平了道路。相关研究论文发表在期刊《纳米（ACS Nano）》上。

图片来源：密歇根大学

激子不带电荷，因而有可能传输量子信息，而不会像电子等带电粒子那样产生损耗。这些损耗会导致手机和电脑在使用过程中发热。

“现在，随着人工智能和其他高要求计算的出现，电子产品的性能已经达到了极限，它们疯狂地消耗能量和产生热量。如果大型处理中心由激子驱动，就不会再有如此巨大的能耗了。” 这项研究的共同通讯作者、电气与计算机工程教授Mack Kira说道。

虽然激子不如电子那么出名，但它已被广泛用于能量转换，例如照明、太阳能电池等等。

论文共同通讯作者、实验工作负责人、电气与计算机工程副教授Parag Deotare说道：“我们的手机显示屏采用的有机LED都是基于激子的。植物甚至会将光转化为激子进行光合作用，然后将量子能量包传输到需要的地方，再将其转化为化学能。”

当能量源激发电子时，半导体中就会形成激子，使其从基态跃迁到激发态，就像在梯子上跳一级一样。当电子跃迁时，它会留下一个带正电的空位，或称“空穴”。带负电的电子和带正电的空穴相互吸引，成对移动，共同形成一个净中性带电的激子。

虽然激子的中性电荷使其能够无损耗地移动，但它也有一个缺点，即很难刻意移动激子。带负电的电子易于在电流中被引导，因为带正电的电极会吸引这些带负电的电子，但对中性粒子却不起作用。

为了制造一种能够操纵激子的装置，该团队借鉴了其之前开发的一种方法，在空间中创造了一个能量图景，将激子沿着物理脊线（相当于激子导线）拉动。这项新进展的一部分是通过位于脊线两侧的电极（其作用类似于栅极）来控制激子的流动。

“当电极打开时，电压会形成一个能量壁垒，阻止激子移动。当电压关闭时，激子会再次流动。迄今为止，此类开关尚未被研制出来。”密歇根大学电气与计算机工程博士生、该研究的主要作者Zhaohan Jiang说道。