レーザーのみで電子流を制御する「電子灯台」を開発(’Electron lighthouse’ illuminates new physics)

2026-07-20 ミシガン大学

米国ミシガン大学の研究チームは、2色の位相同期レーザー光のみを用いて、半導体中の電子の流れる方向を自在に制御する「電子灯台(Electron Lighthouse)」と呼ばれる新しい量子デバイスを開発した。従来の電子電流は電圧や電場で制御されるが、本研究では異なる波長のレーザーが引き起こす二つの光吸収経路の量子干渉を利用し、特定方向へ電子を選択的に流すことに成功した。レーザーの色や位相を変えることで電子流の方向を灯台の光のように掃引でき、外部電源を必要としない。研究チームは、理論的に予測されていた現象を初めて実証するとともに、ナノ加工技術を駆使して不要な電場を排除したデバイスを製作した。本成果は、光による電子流制御という新しい物理現象を実証したものであり、高速光通信、光センサー、イメージング、光・電子融合デバイスなどへの応用が期待される。研究成果はPhysical Review Lettersに掲載された。

レーザーのみで電子流を制御する「電子灯台」を開発(’Electron lighthouse’ illuminates new physics)
When two pulses of different colored lasers (the two waves at the top of the image) light meet in a new device created at the University of Michigan, researchers create a beam of electrons (small golden particles) that flows in a controllable direction. By changing the laser colors, the electron beam can sweep through different directions like the beam of a lighthouse. Image credit: Yiming Gong

<関連情報>

量子干渉制御によって生成される方向性光電流 Directional Photocurrent Generated by Quantum Interference Control

Yiming Gong, Kai Wang, and Steven T. Cundiff
Physical Review Letters  Published :16 July, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/3v91-5pzf

Abstract

Although the absorption of light in a bulk homogeneous semiconductor produces photocarriers with nonzero momenta, it generally does not produce a current in the absence of an applied electric field because equal amounts of carriers with opposite momenta are injected. The interference of absorption processes, for example, between one-photon and two-photon absorption can produce a current because constructive interference for carriers with one momentum can correspond to destructive interference for carriers with the opposite momentum. We show that for the interference between two-photon and three-photon absorption, the current has a narrower angular spread, i.e., a “beam” of electrons in a specified direction is produced in the semiconductor.

0403電子応用
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