加州大学河滨分校的物理学家创造了异域电子液体

通过用强大的激光脉冲轰击超薄半导体三明治，加州大学河滨分校的物理学家在室温下创造了第一个“电子液体”。

这一成就为开发第一个实用且高效的设备开辟了道路，以生成和检测太赫兹波长的光 - 红外光和微波之间。这种装置可用于各种应用，如外太空通信，癌症检测和隐藏武器扫描。

该研究还可以在无限小的尺度上探索物质的基本物理学，并帮助开创量子超材料的时代，量子超材料的结构是在原子尺寸上设计的。

UCR物理学家在“自然光子学”杂志上在线发表了他们的研究结果。他们由物理学副教授 纳撒尼尔·加博尔领导，他是UCR 量子材料光电子实验室的负责人。其他合着者是实验室成员Trevor Arp和Dennis Pleskot，以及物理和天文学副教授Vivek Aji。

在他们的实验中，科学家们在碳石墨烯层之间构建了半导体钼二碲化物的超薄三明治。分层结构略微厚于单个DNA分子的宽度。然后他们用超高速激光脉冲轰击材料，以千万亿分之一秒为单位进行测量。

“正常情况下，像硅这样的半导体，激光激发产生的电子和带正电的空穴在材料中扩散和漂移，这就是你定义气体的方式，”Gabor说。然而，在他们的实验中，研究人员检测到凝结成相当于液体的证据。这种液体具有类似普通液体如水的性质，除了它不是由分子组成，而是由半导体内的电子和空穴组成。

“我们正在调高投入系统的能量，我们什么也没看到，什么也没看到 - 然后我们突然看到材料中形成的'异常光电流环'，”Gabor说。“我们意识到它是一种液体，因为它像液滴一样长大，而不是像气体一样。”

“但令我们感到惊讶的是，它发生在室温下，”他说。“以前，制造这种电子空穴液体的研究人员只能在温度低于深空的温度下才能这样做。”

Gabor说，这种液滴的电子特性将使光电器件的开发能够在光谱的太赫兹区域以前所未有的效率运行。太赫兹波长比红外波长，但比微波短，并且在利用这种波的技术中存在“太赫兹间隙”。太赫兹波可用于检测皮肤癌和蛀牙，因为它们具有有限的穿透力和解决密度差异的能力。同样，波浪可用于检测药品片剂等产品中的缺陷，并发现隐藏在衣服下面的武器。

太赫兹发射器和接收器也可用于外太空中更快的通信系统。而且，电子空穴液体可能是量子计算机的基础，量子计算机可能比现在使用的硅基电路小得多，Gabor说。

更一般地说，Gabor说，他的实验室中 使用的技术 可以成为工程“ 量子超材料 ” 的基础，其原子级尺寸可以精确控制电子，使其以新的方式运行。

在进一步研究电子空穴“纳米棒”时，科学家们将探索它们的液体性质，如表面张力。

“现在，我们不知道这种液体是多么流动，重要的是找出来，”Gabor说。

Gabor还计划利用该技术探索基本的物理现象。例如，将电子空穴液体冷却到超低温可能会使其转变为具有奇异物理特性的“量子流体”，从而揭示物质的新基本原理。

在他们的实验中，研究人员使用了两种关键技术。为了构建二碲化钼和碳石墨烯的超薄三明治，他们使用了一种称为“弹性冲压”的技术。在这种方法中，粘性聚合物薄膜用于拾取和堆叠石墨烯和半导体的原子厚层。

为了将能量泵入半导体夹层并对效果进行成像，他们使用Gabor和Arp开发的“ 多参数动态光响应显微镜 ”。在该技术中，操纵超快激光脉冲束以扫描样品以光学映射所产生的电流。

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