原子级半导体：开创前所未有的光学处理能力

来自 实验室仪器网

在最新的科技进展中，原子级半导体的研究取得了突破性进展，展示出前所未有的光学处理能力。这些新型材料在光子学和量子计算领域的应用潜力巨大，标志着电子和光学技术的深度融合。

如今，光纤承载着所有长距离互联网通信。然而，在数据信号通过光纤到达目的地的任何时刻，信号都会从光转换为电。这样做是为了处理和路由信号。电处理需要额外的电力，这会产生热量并引入延迟。这项研究提出了一种替代系统，其中只有少量的光子可以处理信息。这可以提高电信和计算平台的速度和能源效率。此外，高效可调的光子可用于安全量子通信，从而提供强大的网络攻击防护。

信息的光传输只能在表现出非线性光学响应特性的材料中实现。这是因为非线性光学能够通过改变光束的形状、方向和频率来处理光束携带的信息。WSe 2等二维材料之所以受到关注，是因为它们降低的维度会引起强烈的静电相互作用，从而形成紧密结合的激子。由于激子连接如此紧密，它们在室温下是稳定的，并且可以实现不需要冷却的设备。

在这项研究中，科学家利用了由三个原子级厚度的 WSe 2层制成的设备中激子的行为。他们仅使用数十到数百个光子，就以前所未有的效率展示了巨大的非线性光学响应。研究小组发现，只有通过施加电压偏置，在材料中静电掺杂自由电荷时，才会观察到光学非线性。此外，通过改变电压可以轻松调整响应。为了制造该设备，研究人员使用了功能纳米材料中心的量子材料压机 (QPress)，该中心是布鲁克海文国家实验室能源部科学办公室用户设施。QPress是一个自动化系统，可以精确堆叠薄至单个原子的二维量子材料。

原子级半导体的出现不仅推动了光学处理能力的边界，更为未来科技的发展带来了新的可能性。随着研究的不断深入，这些材料有望在多个领域发挥重要作用，改变我们的生活和科技格局。

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