In een halfgeleider, elektronen kunnen worden geëxciteerd door laserlicht te absorberen. Vooruitgang in het afgelopen decennium heeft het mogelijk gemaakt om dit fundamentele fysieke mechanisme te meten op tijdschalen van minder dan een femtoseconde (10 ^-15 s). Nutsvoorzieningen, natuurkundigen van ETH Zürich hebben de reactie van elektronen in galliumarsenide op de attoseconde (10 ^-18 s) tijdschema, en kreeg onverwachte inzichten voor toekomstige ultrasnelle opto-elektronische apparaten met werkingsfrequenties in het petahertz-regime.

Galliumarsenide is een technologisch belangrijke halfgeleider met smalle bandafstand waarin de excitatie van elektronen van de valentie in de geleidingsband ladingsdragers produceert die elektrische stroom door elektronische componenten kunnen transporteren. Naast deze zogenaamde interbandtransitie, dragers kunnen ook worden versneld binnen de individuele banden als de elektronen interageren met het laserlicht. Dit komt door het sterke elektrische veld in verband met het laserlicht, wat leidt tot beweging binnen de band. Echter, het is niet bekend welke van de twee mechanismen de respons op een korte intense laserpuls domineert, en hoe hun wisselwerking de dragerinjectie in de geleidingsband beïnvloedt.

Fabian Schlaepfer en zijn collega's in de groep van Ursula Keller in het departement Natuurkunde hebben deze processen nu voor het eerst op attoseconde tijdschaal bestudeerd, het combineren van transiënte absorptiespectroscopie met state-of-the-art eerste principes berekeningen. Zoals ze rapporteren in een krant die vandaag online verschijnt in Natuurfysica , ze ontdekten dat beweging binnen de band inderdaad een belangrijke rol speelt, omdat het het aantal elektronen dat wordt geëxciteerd in de geleidingsband aanzienlijk verhoogt.

Deze bevinding was onverwacht omdat beweging binnen de band alleen niet in staat is ladingsdragers in de geleidingsband te produceren. Deze resultaten vertegenwoordigen daarom een ​​belangrijke stap voorwaarts in het begrijpen van de door licht geïnduceerde elektronendynamiek in een halfgeleider op de attoseconde tijdschaal, die van praktisch belang zullen zijn voor toekomstige elektronica en opto-elektronische apparaten, waarvan de afmetingen steeds kleiner worden, en de betrokken elektrische velden steeds sterker en de dynamiek steeds sneller.