美国密歇根大学的研究团队近日取得突破性进展，研制出一种全新的半导体器件。该器件无需施加任何外部电压，仅凭两束激光即可在半导体内部产生并精准控制电子流的方向，实现了光对电流的定向“驱使与瞄准”。这项科研成果已发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志，未来有望为光电融合、精准传感、先进成像及电信技术等领域开辟全新路径。
传统观点认为，半导体中的电子流动依赖于外加电场驱动，电子在漂移和碰撞中形成电流。而在密歇根大学物理系高级作者斯蒂芬·昆迪夫（Steven Cundiff）教授团队的实验中，研究人员利用两束不同颜色的相干激光照射新型半导体结构，通过改变两束光的偏振方向（即光波的振动方向），就能像“喷射”一样将电子送往特定方向。昆迪夫教授将这一现象形象地比喻为“电子灯塔”——就像灯塔旋转灯光扫过海面一样，通过调节光的参数，电子束也能在半导体内部灵活扫向不同的方向。
这一创新背后的核心物理机制是“量子干涉”。当半导体同时吸收两种不同颜色的光子时，会产生两条不同的光吸收途径。在特定的方向上，两条途径产生的波纹重叠并相互增强，从而引导电子沿该方向流动；而在其他方向上，波纹相互抵消。虽然早在多年前多伦多大学的J.E. 赛普（J.E. Sipe）教授就提出了“电子灯塔”的理论预测，但直到本次实验，这一现象才首次被成功转化为可运行的实体器件。
该器件的制造由论文共同领衔作者、密歇根大学物理系博士生龚一鸣在卢里纳米加工实验室（Lurie Nanofabrication Facility）完成。为了在不引入任何杂散电场干扰的前提下熔合材料，研究团队反复攻关制造工艺与温度控制，最终成功将理论预测变为现实。专家表示，这种基于量子干涉控制的定向光电流技术，不仅深化了人类对基础物理现象的理解，更大幅提升了信息在器件内部及器件之间传输的承载能力，为下一代高速、高容量的光电技术奠定了坚实基础。