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新技术可直接测量电子速度

容百川

2012/03/03

据美国物理学家组织网3月1日（北京时间）报道，美国物理学家表示，他们探索出了一种探测电流的新方法。这一方法基于二次谐波产生的过程，就像一个能远程监控电子速度的“雷达测速仪”一样，能直接“看”到电子的运动并测出电子的速度。相关研究论文发表在《物理评论快报》杂志上。

美国堪萨斯大学的物理学助教赵辉（音译）和教授朱迪·吴等人在超快激光实验室进行了这项实验。他们发现，高能激光器发出的光照射在一种包含有移动电子的材料上时，会产生不同颜色的光。在实验中，他们仔细研究了纤薄的砷化镓晶体材料，该材料广泛应用于高速电子学和高速光子学。通过朝整块晶体施加电压，他们让电子以特定的速度在晶体内流动。用人眼看不见的红外激光脉冲照射该晶体，会产生人眼可见的红光，这正是二次谐波产生过程出现的信号。

他们还发现，红光的亮度与电子的速度成比例，也就是说电子运动速度越快，红光越亮；而当电子没有直接运动时，没有红光出现。赵辉表示：“通过探测红光，我们能精确测量电子的速度，电子不需要同其他样本接触；我们也不会干扰电子的活动。在此项研究之前，现有探测实验技术都基于电流有三个效应：它能为系统充电、改变系统的温度并产生磁场。而科学家最新发现，电流还具有光子效应，这种使用激光研究电流的新方法完全基于这一最新效应。”

研究人员表示，新方法有望改善现今的很多可再生能源技术，诸如太阳能电池、人工光合作用以及水分解等，因为这些技术都依靠对电流进行探测。而且，能更好“阅读”电子运动的传感器可能会成为下一代手机和计算机的基础。

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