В последние несколько лет было показано, что осциллирующее электрическое поле сверхкоротких импульсов лазерного излучения может вовлекать в движение электроны в твёрдом теле. С этим открытием ученые связывают перспективы создания компьютеров, работающих с беспрецедентно высокой трактовой частотой — в сотни тысяч раз больше, чем сегодняшняя электроника.

Но для этого сначала требуется научиться контролировать электроны в полупроводнике, и новая работа американо-германского коллектива представляет существенный шаг в этом направлении.

Исследователи направляли лазерные импульсы длительностью менее 100 фемтосекунд на кристалл селенида галлия. Эти импульсы освобождали электроны в полупроводнике, поднимая их на более высокий энергетический уровень, и выводили их наружу.

Направление движения таких электронов зависело от ориентации возбуждающего импульса относительно осей кристалла.

«Прямая и ровная дорога для электронов в одном кристаллическом направлении контрастирует с крутыми подъемами в других направлениях. Из-за этого электроны вместо того, чтобы двигаться вместе с лазерным полем, могут выбирать собственный путь, диктуемый микроскопическим окружением», — пояснил Фабиан Лангер (Fabian Langer), участник исследования из Университета Регенсбурга (Германия).

Изменение направления движения отражается в световых импульсах, излучаемых электронами при переходе на низкий энергетический уровень. Эти импульсы короче, чем у входящего излучения, они длятся всего несколько фемтосекунд, что позволяет использовать их для чтения/записи информации на электроны, квантовых вычислений с электронными кубитами и даже для стробоскопической съёмки наиболее быстротекущих природных процессов.

Поворачивая кристалл можно управлять положением этих быстрых осцилляций внутри импульса. Кроме того, при определённой ориентации относительно поступающих лазерных импульсов кристалл может скручивать исходящие световые волны.

Статья по итогам этой работы будет опубликована в журнале Nature Photonics.