各種電子和光電設(shè)備中半導(dǎo)體的運(yùn)行速度被限制在幾千兆赫茲(每秒十億次振蕩)。這限制了計(jì)算操作速度的上限?，F(xiàn)在，MPSD和孟買(mǎi)印度理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)解釋了如何通過(guò)使用光波和缺陷固體材料來(lái)加快這些過(guò)程。

光波每秒執(zhí)行數(shù)百萬(wàn)億次振蕩。因此，自然可以設(shè)想采用光振蕩來(lái)驅(qū)動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)技術(shù)不同，光波不僅會(huì)引發(fā)電子運(yùn)動(dòng)，而且會(huì)在其自然時(shí)標(biāo)(即阿秒級(jí))(一阿秒為萬(wàn)分之一秒)上對(duì)其進(jìn)行控制。這具有將設(shè)備和計(jì)算的運(yùn)算速度提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的潛力，并為petahertz電子學(xué)打開(kāi)了一條道路。

當(dāng)固體暴露于強(qiáng)烈的超短光下時(shí)，會(huì)發(fā)出高頻閃光。此過(guò)程稱(chēng)為高次諧波產(chǎn)生(HHG)。入射光的電場(chǎng)振蕩觸發(fā)并控制固體中電子的運(yùn)動(dòng)，從而設(shè)定固體中的電流。感應(yīng)電流有兩個(gè)貢獻(xiàn)：一個(gè)是由于電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，另一個(gè)是由于電子和空穴在各自能帶中的運(yùn)動(dòng)。

在固體中HHG的過(guò)程的理論和實(shí)驗(yàn)研究中，通常假定固體沒(méi)有缺陷。但是，這種基本假設(shè)在實(shí)踐中是不正確的。在真實(shí)的固體中，由于缺陷的生長(zhǎng)過(guò)程而不可避免。它們可以具有不同的形式，例如空位，間隙或雜質(zhì)。目前，關(guān)于缺陷的存在如何改變HHG過(guò)程和相關(guān)的電子動(dòng)力學(xué)知之甚少。請(qǐng)記住，缺陷工程一直是常規(guī)光電技術(shù)的基礎(chǔ)，因此，至關(guān)重要的是要了解缺陷在Petahertz電子和自旋電子學(xué)中的作用。

在最近發(fā)表在npj計(jì)算材料上的理論著作中，來(lái)自印度孟買(mǎi)的印度理工學(xué)院(IIT)和德國(guó)漢堡的馬克斯-普朗克結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)研究所(MPSD)的研究人員組成的團(tuán)隊(duì)，已針對(duì)Petahertz電子和自旋電子學(xué)的努力解決了一條重要的信息缺失：在HHG期間，各種缺陷如何影響固體中電子的運(yùn)動(dòng)?為了解決這個(gè)問(wèn)題，將具有硼或氮原子空位的六方氮化硼(h-BN)的二維單層暴露在強(qiáng)烈的閃光下。

除去氮或硼原子后，h-BN開(kāi)始表現(xiàn)為電子的供體或受體。這導(dǎo)致了質(zhì)量上不同的電子結(jié)構(gòu)，并且感應(yīng)的空位缺陷變得自旋極化。特別是，研究小組發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)自旋通道受到的影響不同，自旋相反的電子對(duì)高諧波發(fā)射的貢獻(xiàn)也不同。而且，與原始固體相比，電子-電子相互作用在缺陷固體中完全不同地表現(xiàn)出來(lái)。

當(dāng)前的工作還預(yù)料到當(dāng)?shù)踊蚺鹪颖惶荚哟?摻雜缺陷)而不是從h-BN完全去除原子時(shí)的情況。當(dāng)單個(gè)硼原子被單個(gè)碳原子取代時(shí)，電子動(dòng)力學(xué)類(lèi)似于將氮原子從h-BN中完全除去的動(dòng)力學(xué)。相反，當(dāng)?shù)颖惶荚尤〈鷷r(shí)，會(huì)出現(xiàn)相反的情況：在此，動(dòng)力學(xué)類(lèi)似于硼原子從系統(tǒng)中完全脫離的動(dòng)力學(xué)。

這項(xiàng)工作是使用固體缺陷工程實(shí)現(xiàn)對(duì)光波驅(qū)動(dòng)的PB旋轉(zhuǎn)自旋電子器件更好地控制的重要一步。