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)。這限制了計算操作速度的上限?，F(xiàn)在，MPSD和孟買印度理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)解釋了如何通過使用光波和缺陷固體材料來加快這些過程。

光波每秒執(zhí)行數(shù)百萬億次振蕩。因此，自然可以設(shè)想采用光振蕩來驅(qū)動電子運(yùn)動。與傳統(tǒng)技術(shù)不同，光波不僅會引發(fā)電子運(yùn)動，而且會在其自然時標(biāo)(即阿秒級)(一阿秒為萬分之一秒)上對其進(jìn)行控制。這具有將設(shè)備和計算的運(yùn)算速度提高幾個數(shù)量級的潛力，并為petahertz電子學(xué)打開了一條道路。

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

在固體中HHG的過程的理論和實驗研究中，通常假定固體沒有缺陷。但是，這種基本假設(shè)在實踐中是不正確的。在真實的固體中，由于缺陷的生長過程而不可避免。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過程和相關(guān)的電子動力學(xué)知之甚少。請記住，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計算材料上的理論著作中，來自印度孟買的印度理工學(xué)院(IIT)和德國漢堡的馬克斯-普朗克結(jié)構(gòu)與動力學(xué)研究所(MPSD)的研究人員組成的團(tuán)隊，已針對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?為了解決這個問題，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)，兩個自旋通道受到的影響不同，自旋相反的電子對高諧波發(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。

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完全去除原子時的情況。當(dāng)單個硼原子被單個碳原子取代時，電子動力學(xué)類似于將氮原子從h-BN中完全除去的動力學(xué)。相反，當(dāng)?shù)颖惶荚尤〈鷷r，會出現(xiàn)相反的情況：在此，動力學(xué)類似于硼原子從系統(tǒng)中完全脫離的動力學(xué)。

這項工作是使用固體缺陷工程實現(xiàn)對光波驅(qū)動的PB旋轉(zhuǎn)自旋電子器件更好地控制的重要一步。