Учёные впервые детально измерили поток энергии в германии

Германий, широко используемый в компьютерных технологиях, стал объектом исследования, позволившего с беспрецедентной точностью измерить процессы энергетического потока внутри полупроводника. Учёные из Базельского университета разработали уникальную методику, сочетающую две спектроскопические техники.

Полупроводниковый материал германий возбуждается с помощью ультрабыстрого лазера. Автор: G. Raciti/Department of Physics, University of Basel

Когда электроны в материале активируются светом или напряжением, они приводят в движение атомную решётку, создавая коллективные колебания атомов — фононы. Именно эти крошечные колебания играют ключевую роль в том, как энергия течёт и рассеивается в материале, влияя на его эффективность и нагрев.

Новый метод позволяет точно измерить, как электроны и фононы движутся и обмениваются энергией в кристаллической решётке после возбуждения ультракороткими лазерными импульсами длительностью всего 30 фемтосекунд.

Впервые комбинация двух спектроскопических методов позволила нам наблюдать, как энергия шаг за шагом передаётся от электронной системы к решётке. Мы также можем наблюдать, как со временем меняются частота, интенсивность и продолжительность колебаний решётки после возбуждения, — объясняет доктор Грация Рачити, первый автор публикации.

Измерения фиксируют невероятно быстрые процессы. Если представить, что промежуток между двумя лазерными импульсами (1 микросекунда) длится 10 дней, то отклик образца, который регистрируют учёные, длится всего секунду. Исследователи могут обнаруживать крошечные изменения интенсивности менее 1% и частоты менее 0,2 см⁻¹.

Это фундаментальное исследование жизненно важно для понимания и дальнейшего развития современной электроники и новых фононных компонентов и может привести к созданию лучших чипов, датчиков или других электронных устройств, — говорит профессор Илария Дзардо.

Экспериментальные данные были дополнены современными компьютерными симуляциями, что позволило детально понять физические процессы, лежащие в основе результатов измерений.