光电子学的速度极限

       控制光场的能力为探索电路中电子信号处理的终极速度打开了大门。为了推动当代电子学朝着光时钟速率（0.3–1 PHz）的方向发展，需要建立控制布洛赫波包的产生、它们的加速度、运动、相互作用，以及最终它们与光电互连的耦合。在此之前，超短脉冲光的强场激发允许在亚飞秒时间间隔内产生波包，作为场效应晶体管中源信号的超快模拟，从而打开了光速率信号处理的途径。该方法填充多个导带，其占用剖面随能量迅速减小。强场激励的这一特征意味着对于高保真和高速信号处理的存在两个主要缺点：（a）可用于维持短信号瞬态的有效带宽减少；（b）多波段电子波包禁止光到电子信号的可靠映射及其随后与外部电路的耦合。

       近日，来自德国Max-Planck量子光学研究所、慕尼黑大学物理学院的M. Ossiander等人报道了单光子在大约一飞秒内填充宽禁带电介质的导带。他们用可见光的电场控制随后的布洛赫波包运动。由此产生的电流允许对光场进行采样，并跟踪由光信号驱动的电荷运动。他们的方法利用了导带带宽的很大一部分来最大化运行速度。他们发现，粒子向相邻带的转移和相关的群速度反转是最终限制固体中电流控制速度的机制。他们的结果暗示了经典信号处理的一个基本极限，并表明了高达1phz频率的固态光电器件的可行性。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。（詹若男）

       文章链接：M. Ossiander et al. The speed limit of optoelectronics. Nature Communications (2022) 13:1620 https://doi.org/10.1038/s41467-022-29252-1