Un equipo de investigación de la Universidad de Michigan en Estados Unidos logró recientemente un gran avance y desarrolló un nuevo dispositivo semiconductor. Este dispositivo no requiere la aplicación de ningún voltaje externo. Puede generar y controlar con precisión la dirección del flujo de electrones dentro del semiconductor con sólo dos rayos láser, logrando "impulsar y apuntar" direccionalmente la luz a través de la corriente. El resultado de esta investigación científica se ha publicado en la revista "Physical Review Letters" y se espera que abra nuevos caminos en los campos de la fusión optoelectrónica, la detección de precisión, la imagen avanzada y la tecnología de telecomunicaciones en el futuro.
La visión tradicional es que el flujo de electrones en los semiconductores depende de la conducción de un campo eléctrico externo, y los electrones forman corrientes durante la deriva y la colisión. En experimentos realizados por el equipo del profesor Steven Cundiff, autor principal del Departamento de Física de la Universidad de Michigan, los investigadores utilizaron dos rayos láser coherentes de diferentes colores para iluminar una nueva estructura semiconductora. Al cambiar la dirección de polarización de los dos haces de luz (es decir, la dirección de vibración de la onda de luz), pueden enviar electrones a una dirección específica como un "chorro". El profesor Kundiff comparó vívidamente este fenómeno con un "faro electrónico": al igual que la luz giratoria de un faro barriendo la superficie del mar, ajustando los parámetros de la luz, el haz de electrones también puede moverse de manera flexible en diferentes direcciones dentro del semiconductor.
El mecanismo físico central detrás de esta innovación es la "interferencia cuántica". Cuando un semiconductor absorbe fotones de dos colores diferentes al mismo tiempo, se producen dos vías de absorción de luz diferentes. En determinadas direcciones, las ondas producidas por las dos vías se superponen y se refuerzan entre sí, guiando a los electrones para que fluyan en esa dirección; en otras direcciones, las ondas se anulan entre sí. Aunque el profesor J.E. Sipe de la Universidad de Toronto propuso la predicción teórica de los "faros electrónicos" hace muchos años, no fue hasta este experimento que este fenómeno se transformó con éxito por primera vez en un dispositivo físico operativo.
La fabricación del dispositivo fue completada por Gong Yiming, coautor principal del artículo y estudiante de doctorado en el Departamento de Física de la Universidad de Michigan, en la Instalación de Nanofabricación de Lurie. Para fusionar materiales sin introducir ninguna interferencia de campo eléctrico parásito, el equipo de investigación abordó repetidamente los procesos de fabricación y el control de temperatura, y finalmente logró convertir las predicciones teóricas en realidad. Los expertos dicen que esta tecnología de fotocorriente direccional basada en el control de interferencias cuánticas no solo profundiza la comprensión humana de los fenómenos físicos básicos, sino que también mejora en gran medida la capacidad de transmisión de información dentro y entre dispositivos, sentando una base sólida para la próxima generación de tecnología optoelectrónica de alta velocidad y alta capacidad.