Физики научились управлять свойствами 2D-материалов с помощью терагерцового света

Новый метод позволяет напрямую управлять ультратонкими полупроводниками с помощью импульсов терагерцового света. Автор: Bielefeld University

Физики из Университета Билефельда и Института исследований твердого тела и материалов имени Лейбница в Дрездене (IFW Dresden) разработали метод управления атомарно тонкими полупроводниками с помощью сверхкоротких световых импульсов. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, может открыть путь к созданию компонентов, управляемых светом с беспрецедентной скоростью, что ознаменует появление нового поколения оптоэлектронных устройств.

Ученые используют специально разработанные наноантенны для преобразования терагерцового света в вертикальные электрические поля в атомарно тонких полупроводниках, таких как дисульфид молибдена (MoS₂). Терагерцовое излучение занимает область электромагнитного спектра между инфракрасным и микроволновым диапазонами. Благодаря новой конструкции антенн эти электрические поля достигают силы в несколько мегавольт на сантиметр.

«Традиционно такие вертикальные электрические поля, используемые, например, для переключения транзисторов и других электронных устройств, создаются с помощью электронных затворов, но этот метод принципиально ограничен относительно медленным временем отклика», — объясняет руководитель проекта, профессор физики Дмитрий Турчинович из Университета Билефельда. «Наш подход использует сам терагерцовый свет для генерации управляющего сигнала внутри полупроводникового материала — что позволяет создать совместимую с промышленностью сверхбыструю оптоэлектронную технологию, которая ранее была невозможна».

Сверхбыстрое управление материалами

Метод позволяет в реальном времени управлять электронной структурой с временным разрешением менее пикосекунды — то есть одной триллионной доли секунды. Ученые экспериментально продемонстрировали, что оптические и электронные свойства материала можно избирательно изменять с помощью световых импульсов.

Основная концепция, а также экспериментальная реализация и теоретическое моделирование были разработаны в Университете Билефельда. Доктор Томоки Хираока, ведущий автор исследования и стипендиат программы Марии Склодовской-Кюри в группе профессора Турчиновича, сыграл ключевую роль в проекте. «Наблюдать такой сильный и согласованный эффект, вызванный исключительно терагерцовыми световыми импульсами, было очень вдохновляюще», — говорит Хираока.

Сложные 3D-2D наноантенны, необходимые для достижения этого эффекта, были изготовлены в IFW Dresden командой под руководством доктора Энди Томаса. «Нам потребовалось много работы для разработки оптимальных устройств — мы должны были изготовить и протестировать множество различных структур, прежде чем достичь желаемой производительности», — отмечает Томас.

Применение в технологиях будущего

Это открытие может привести к созданию сверхбыстрых устройств управления сигналами, электронных переключателей и сенсоров. Такие компоненты используются в передаче данных, камерах и лазерных системах. Потенциальные области применения включают системы связи, вычисления, визуализацию и квантовые технологии.

Дополнительная информация: Tomoki Hiraoka et al, Terahertz field effect in a two-dimensional semiconductor, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60588-6

Источник: Bielefeld University