物理学家在室温下创造第一“电子液体”

电子（蓝色）和孔（红色）浓缩成类似于超薄材料组成的器件中的液体液滴。

通过用强大的激光脉冲轰击超薄半导体三明治，加利福尼亚大学河滨的物理学家在室温下创造了第一个“电子液体”。

成就开辟了一种用于开发第一实用和有效的装置的途径，以在太赫兹波长之间产生和检测光 - 在红外光和微波之间。这种设备可以在应用中使用作为外层空间，癌症检测和扫描隐藏武器的通信。

该研究还可以在无限小尺度下探索物质的基本物理学，并帮助迎来越野超材料的时代，其结构在原子尺寸下设计。

UCR物理学家于2月4日在线上发表了他们的研究结果。他们是由纳撒尼尔·格博尔的副教授领导，他们指导UCR量子材料光电实验室。其他共同作者是实验室成员Trevor Arp和Dennis Pleskot，以及物理学和天文学副教授Vivek Aji。

在实验中，科学家们在碳石墨烯层之间构建了半导体钼的超薄夹心。分层结构略微厚于单个DNA分子的宽度。然后，它们用超级激光脉冲轰炸的材料，在四秒钟内测量。

在该3D可视化中，我们看到了形成了不寻常的物质状态，在Mote2中的电子孔液。通常在Mote2中，从光吸收的能量变为电子气体（橙点），孔（蓝色点）和激子（橙色和蓝色对）。但是，如果这种光由非常强烈的源产生，如超快脉冲激光器，它可以产生如此多的电子和孔，使得其中一些电子和孔浓缩成电子孔液体。该过程与湿空气的水滴形成非常相似。电子空穴液态是稀有的，通常仅发生在绝对零以上的几度，但我们的研究表明，在超薄的Mote2光电池中，它可以在室温下发生！这打开了利用电子空穴液体的异常性质的电子设备的可能性。

“通常，用这种半导体作为硅，激光激发产生电子及其带正电的孔，其在材料中漫射和漂移，这就是您定义气体的方式，”Gabor表示。然而，在他们的实验中，研究人员检测到缩合到液体等同物中的证据。这种液体具有类似于普通液体的性质，例如水，除了它将包括，而不是半导体内的电子和孔。

“我们正在转到倾倒在系统中的能量，我们没有看到，没有什么，没有什么，没有 - 然后我们突然看到了我们在材料中所谓的”异常的光电流环“的形成，”Gabor说。“我们意识到它是一种液体，因为它的成长就像一滴液滴，而不是像气体一样表现出来。”

“虽然，我们真的很惊讶它是它在室温下发生了，”他说。“以前，创造了这样的电子孔液体的研究人员只能在甚至在深空中更冷的温度下这样做。”

Gabor表示，这种液滴的电子特性能够开发在光谱的太赫兹地区以前所未有的效率运行的光电器件。太赫兹波长比红外波长，但比微波短，并且在技术中存在“太赫兹差距”，用于利用这种波。由于它们的渗透率和解决密度差异的能力有限，太赫兹波可用于检测皮肤癌和牙齿腔。同样，波浪可用于检测药物等产品中的缺陷，并发现隐藏在衣服下方的武器。

Terahertz发射器和接收器还可用于外太空的更快的通信系统。而且，电子孔液可以是量子计算机的基础，该量子提供了比现在在使用中使用的基于硅的电路的电位差的基础。

更普遍地，Gabor表示，他实验室中使用的技术可以是工程“量子超材料”的基础，具有原子尺寸尺寸，使得能够精确地操纵电子，使它们以新的方式行事。

在进一步研究电子孔“纳米挤割物”中，科学家们将探索其液体性质，例如表面张力。

“现在，我们没有任何想法这种液体的液体是多么液体，而且要找到出来是很重要的，”Gabor说。

Gabor还计划使用该技术来探索基本物理现象。例如，将电子液液冷却至超低温度可能导致其与异国物理特性转化为“量子液”，可以揭示新的物质原则。

在他们的实验中，研究人员使用了两个关键技术。为了构建钼Ditellidide和碳石墨烯的超薄三明治，它们使用了一种称为“弹性冲压”的技术。在该方法中，粘性聚合物膜用于拾取和堆叠原子厚的石墨烯和半导体层。

并将泵能到半导体夹层和图像的效果中，它们使用了Gabor和ARP开发的“多参数动态光响应显微镜”。在该技术中，操纵超快激光脉冲的光束以扫描样品以光学地映射所产生的电流。

论文的标题是：“van der WaaS中的电子液液体在室温下异质结构光电池。”

该研究得到了科学研究空军办公室的支持;美国能源部，科学办公室，基础能源科学;国家科学基金会;科特雷尔学者奖;加拿大先进研究所;和美国国家航空航天局。

出版物：Trevor B. ARP等，“van der Waals的电子液体液体在室温下，”自然光子（2019）