用雷射繪製電子運動彈道　描繪新一代電子設備藍圖

編譯／高晟鈞

半導體是大多數資訊和能源技術的核心元件，一定程度上控制了電子產品的性能。近期，來自堪薩斯大學的實驗室，透過控制材料中的電子運動，成功在半導體電子控制方面取得了突破。

電子彈道運輸

材料中的電子運動與能量的損耗息息相關。簡單來說，這類似於你在一個充滿人群的廣場中奔跑，當你不小心撞到人的時候，就會減慢速度。對於電子來說，撞到其他粒子就意味著能量的損失與不必要熱量的產生。當碰撞可以被避免時，電子就可以在固體內不間斷地高速移動，這種現象被稱為「電子的彈道運輸」。

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矽基VS.石墨烯

目前大多數電子設備都使用矽基電晶體，在此類設備中，由於頻繁的電子碰撞，電子只能以每秒公分量級的速度飄移。

石墨烯作為下一代電子設備最有前途的材料之一，有望用於速度更快、能量更低的設備中。石墨烯中的電子的移動就好像它們的「有效」質量為零一樣，這使得它們更有可能避免碰撞並以彈道方式移動。

石墨烯中的電子就像坐在滿人教室裡的學生，因為課桌椅與人已滿，無法自由走動。然而，透過雷射，我們能暫時騰出桌子並釋放電子，使其可以自由移動。然而，帶著負電的電子一旦離開他的座位，很快就會被帶正電的桌椅給拉回，而這種效應持續的時間僅僅只有萬億分之一秒，因此很電子運動的觀察十分困難。

觀察電子運動

來自堪薩斯大學的研究團隊設計了一種特殊的四層石墨烯結構，其中兩個石墨烯層被另外兩種單層材料（二硫化鉬）隔開。透過這種策略，就像課桌椅與學生（電子）被分在了兩間教室（石墨烯層），總厚度僅為1.5 奈米的兩層分子將它們分開。

為了檢測如此微小的變化，研究人員一次釋放了約20,000個電子，並使用探針雷射從樣品上反射並測量反射率。對每個數據點重複該過程 8000 萬次。他們發現，電子平均以每秒 22 公里的速度彈道運動約 20 兆分之一秒，然後遇到終止其彈道運動的物體。

資料來源:Phys.org

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