二維導電系統內新效應“浮出水面”

科技日報北京5月26日電 （記者劉霞）英國和德國的科學家團隊發現，當二維電子系統暴露於太赫茲波中時，會產生一種新物理效應——“平面內光電效應”。這一最新發現有望催生出更靈敏的太赫茲探測器，可廣泛應用於安全、醫學、通信等領域。相關研究近日發表於美國《科學進展》雜誌。

研究負責人、英國劍橋大學卡文迪什實驗室半導體物理組負責人大衞·裏奇教授解釋道：“太赫茲波是介於微波和紅外輻射之間的一種電磁輻射，但我們目前缺乏廉價、高效、易用的太赫茲輻射源和探測器，阻礙了太赫茲技術的廣泛應用。”

裏奇表示，如果上述問題得到解決，太赫茲輻射將在安全、材料科學、通信和醫學領域“大顯身手”。如太赫茲波可對肉眼看不到的癌組織成像，也可用於新一代安全快速的機場掃描儀，並實現超越最先進水平的更快無線通信等。

20多年來，裏奇團隊一直在研究開發功能性太赫茲器件。在最新研究中，他們在測量一款新型太赫茲探測器的性能時，發現它顯示的信號比理論上預期的強得多。

研究人員解釋稱，造成這一現象的原因在於光與物質相互作用的方式。在高頻率下，物質以單粒子光子的形式吸收光，這一點首先由愛因斯坦提出，形成了量子力學的基礎，並解釋了光電效應。此前眾所周知的光電效應涉及入射光子從導電材料（金屬或半導體）釋放電子。在三維材料內，電子可在紫外線或X射線範圍內被光子射入真空，或在中紅外到可見光範圍內釋放到電介質中。

但這項研究的新穎之處在於，科學家們在高導電的二維電子氣體內，發現了太赫茲範圍內，類似於光電效應的量子光激發過程，他們將這種現象命名為“平面內光電效應”。

研究負責人、劍橋大學三一學院瓦迪斯拉夫·米查洛博士表示，由“平面內光電效應”入射的太赫茲輻射產生的光響應幅度遠遠高於迄今已知會產生太赫茲光響應的其他機制，因此，這種效應將使製造具有更高靈敏度的太赫茲探測器成為可能。