沒有反轉(zhuǎn)對稱性的半導(dǎo)體晶體中的光吸收可以產(chǎn)生電流。Max Born Institute的研究人員現(xiàn)已產(chǎn)生太赫茲(THz)頻率的定向電流，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有電子設(shè)備的時鐘頻率。它們表明晶格中相鄰原子之間的電荷轉(zhuǎn)移代表了潛在的機(jī)制。

太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換為電直流電(DC)，其被饋送到供電網(wǎng)中。關(guān)鍵步驟是在光吸收之后分離電荷并將它們傳輸?shù)狡骷挠|點。電流由負(fù)(電子)和正電荷載流子(空穴)承載，在半導(dǎo)體的各種電子帶中執(zhí)行所謂的帶內(nèi)運動。從物理學(xué)的角度來看，以下問題是必不可少的：晶體中可以提供光致直流電(DC)的最小單位是什么?一個最大頻率可以產(chǎn)生這樣的電流?原子尺度的哪種機(jī)制負(fù)責(zé)這種電荷傳輸?

晶體的最小單位是所謂的晶胞，是由化學(xué)鍵決定的明確的原子排列。原型半導(dǎo)體GaAs的晶胞表示沒有反轉(zhuǎn)中心的Ga和As原子的排列。在由電子價帶表示的晶體的基態(tài)中，價電子集中在Ga和As原子之間的鍵上。在吸收近紅外或可見光時，電子從價帶促進(jìn)到下一個更高的帶，即導(dǎo)帶。在新狀態(tài)下，電子電荷向Ga原子移動。該電荷轉(zhuǎn)移對應(yīng)于局部電流，帶間或移位電流，其基本上不同于帶內(nèi)電流中的電子運動。直到最近，

德國柏林Max Born研究所的研究人員首次研究半導(dǎo)體砷化鎵(GaAs)中的光學(xué)感應(yīng)移位電流，在超快時間尺度下降至50飛秒(1 fs = 10至-15秒的功率) 。他們在當(dāng)前期刊“ 物理評論快報”上報告了他們的結(jié)果121,266602(2018)。使用從近紅外(λ= 900 nm)到可見光(λ= 650 nm，橙色)的超短，強(qiáng)光脈沖，它們在GaAs中產(chǎn)生移位電流，振蕩并因此發(fā)射太赫茲輻射，帶寬高達(dá)20太赫茲。這些電流的特性和下面的電子運動完全反映在發(fā)射的THz波中，這些THz波在幅度和相位上被檢測到。太赫茲輻射表明，整流光的超短電流突發(fā)包含的頻率比現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的最高時鐘頻率高5000倍。

觀察到的移位電流的特性明確地排除了電子或空穴的帶內(nèi)運動。相比之下，基于偽電勢帶結(jié)構(gòu)中的電子的帶間轉(zhuǎn)移的模型計算再現(xiàn)了實驗結(jié)果，并且表明電子在鍵長度量級上的距離上的真實空間轉(zhuǎn)移代表了關(guān)鍵機(jī)制。該過程在晶體的每個晶胞內(nèi)，即亞納米長度范圍內(nèi)有效，并引起光場的整流。該效果可以在更高的頻率下被利用，在高頻電子設(shè)備中提供新穎的有趣應(yīng)用。