物理学家现在正在完善半导体到单个原子

我们的智能手机和计算机变得越来越小，更强大。为了保持步伐，芯片制造商不断收缩并增强为它们供电的芯片。现在，物理学家已经推出了一种开创性的技术，以完善单个原子的半导体。

这种新方法（出版在《自然光子学》杂志中，称为Lightwave驱动的Terahertz扫描隧道显微镜（THZ-STM），使研究人员可以在原子水平上分析材料，并有望在电子设备中取得重大进步。

介绍THZ-STM：操纵单个原子

THZ-STM是Terahertz（THZ）辐射和扫描隧道显微镜（STM）。 THZ辐射由电磁波组成，其频率位于红外和微波范围之间。

另一方面，STM使用原子上尖锐的尖端扫描材料表面，从而可视化和操纵单个原子。

这两种技术的组合产生了一种强大的方法，其中Terahertz脉冲驱动电流横向STM尖端和所研究材料之间的微小间隙（隧道连接）。

通过使用THZ-STM，科学家可以理解电子的排列方式并在材料中移动，从而为材料的电子特性提供了见解。

传统方法，例如扫描近场光学显微镜，分析了尖端散布的光子，以了解微观尺度的材料特性。

相比之下，THZ-STM采用短而强大的Terahertz辐射，在隧道交界处产生了快速的电流。该电流提供了对电子状态局部密度的见解，并提供了材料电子特性的详细视图。

尽管这两种方法旨在了解微观尺度的材料特性，但THZ-STM对材料的电子特性提供了更详细和更具体的见解。

该方法能够以原子量表（10^-10米）研究材料的能力是革命性的。它允许科学家以前所未有的精度理解和操纵材料，这对于高级电子设备的开发至关重要。

从角度来看，人的头发比10^-10米的厚度约为80,000至100,000倍。

通过使用超快的terahertz脉冲，研究人员可以观察到在材料中发生的极快过程，以一秒钟的数百万分之一测量。该能力对于研究电子状态的局部密度至关重要，这对于开发新的电子设备和材料至关重要。

砷耐加仑是一种广泛用于电子产品的材料，是这项研究的重点。通过检查砷化韧带表面的缺陷，研究人员发现了与缺陷相关的特定terahertz共振。

这一发现很重要，因为砷耐加仑通常用于雷达系统，高效太阳能电池和现代电信设备中。通过缺陷分析理解和改善其性能可以导致更有效，更强大的电子产品。

该方法的关键优势之一是它能够区分样品的性质以及由Terahertz脉冲与样品的相互作用引起的影响。这种分离允许更准确的数据，从而有助于在原子水平上更好地了解材料。

扫描隧道显微镜（STM）等现有工具有助于发现单原子缺陷，但是新方法可显着增强该功能。

通过将STM与Terahertz Light耦合，研究团队创建了一个针对检测缺陷的灵敏度的探测器。

密歇根州立大学的首席研究员泰勒·科克（Tyler Cocker）说：“这些纳米材料是半导体的未来。”

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