Att styra elektronisk ström är viktigt för modern elektronik, eftersom data och signaler överförs av elektronströmmar som styrs med hög hastighet. Kraven på överföringshastigheter ökar också när tekniken utvecklas. Fysiker vid Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har lyckats slå på en ström med önskad riktning i grafen med hjälp av en enda laserpuls inom en femtosekund-en femtosekund motsvarar miljondelen av en miljarddels sekund. Detta är mer än tusen gånger snabbare än de mest effektiva transistorerna idag.

Forskare har redan visat att det är möjligt att styra elektroner med ljusvågor i gaser, isolerande material och halvledare. Således, i princip, det är möjligt att styra strömmen. Dock, detta koncept har ännu inte tillämpats på metaller eftersom ljus vanligtvis inte kan tränga in i materialet för att styra elektronerna. För att undvika denna effekt, fysiker i arbetsgrupperna för Prof. Dr. Peter Hommelhoff och Prof. Dr. Heiko Weber använde grafen, en halvmetall bestående av endast ett enda lager av kolatomer. Även om grafen är en utmärkt ledare, den är tillräckligt tunn för att låta lite ljus tränga in i materialet och flytta elektronerna.

För deras experiment, forskarna avfyrade extremt korta laserpulser med specialkonstruerade vågformer på grafen. När dessa ljusvågor träffade grafen, elektronerna inuti kastades i en riktning, som en whiplash. "Under intensiva optiska fält, en ström genererades inom en bråkdel av en optisk cykel-en halv femtosekund. Det var förvånande att trots dessa enorma krafter, kvantmekanik spelar fortfarande en nyckelroll, "förklarar Dr. Takuya Higuchi från ordföranden för laserfysik, publikationens första författare.

Forskarna upptäckte att den nuvarande generationsprocessen i grafen följer komplicerad kvantmekanik. Elektronerna färdas från sitt ursprungliga tillstånd till det upphetsade tillståndet genom två vägar snarare än en - liknande en gafflad väg som leder till samma destination. Som en våg, elektronerna kan dela sig vid gaffeln och flöda på båda vägarna samtidigt. Beroende på den relativa fasen mellan de delade elektronvågorna, när de träffas igen, strömmen kan vara mycket stor, eller inte alls närvarande. "Det här är som en vattenvåg. Föreställ dig en våg som bryter mot en byggnadsvägg och flyter till vänster och höger om byggnaden samtidigt. I slutet av byggnaden, båda delarna möts igen. Om de delvisa vågorna möts på sin topp, ett mycket stort vågresultat och strömflöden. Om en våg är på topp, den andra på sin lägsta punkt, de två avbryter varandra, och det finns ingen ström, "säger professor Dr. Peter Hommelhoff från ordföranden för laserfysik." Vi kan använda ljusvågorna för att reglera hur elektronerna rör sig och hur mycket el som genereras. "

Resultaten är ytterligare ett viktigt steg för att förena elektronik och optik. I framtiden, metoden skulle kunna öppna en dörr för att realisera ultrasnabb elektronik som arbetar med optiska frekvenser.