2026年7月20日——密歇根大学的研究人员制造了一种装置，使他们仅用激光就能控制半导体中的电子流动，无需任何电源。该装置旨在探索基础物理学并实现一种此前未曾观察到的行为，但它也可能为光学与电子学交叉领域的传感、成像和电信等新应用打开大门。这一现象有助于改进信号在设备内部及之间的传输方式，并为在这些信号中存储更多信息创造新机会。

“我们在 Lurie 纳米制造设施制造的这种电子设备，有潜力转变为能够测量不同光特性的东西，”Yiming Gong 说，他作为密歇根大学物理系的博士生主导了该项目。“但这源于一个非常基础的物理层面，即不同光学吸收过程之间的干涉。”

在美国国家科学基金会的联邦支持下，研究人员证明，他们可以使用两种不同颜色的光诱导电子在半导体中有序流动。通过旋转两个光场的偏振——即光波摆动的方向——研究人员还能控制电子电流的方向。

“这并非通常的工作方式。当你想及电子在材料中移动时，它们之所以移动是因为你施加了电场，它们实际会弹跳并在材料中漂移。在这里，利用光，你可以在不施加电场的情况下，实际上将电子喷射到特定方向，”密歇根大学物理学家 Steven Cundiff 说，他是该团队在期刊《物理评论快报》上发表的报告的高级作者。

尽管先前的工作已显示光有仅靠自身就能让电子流动的能力，但这项工作更进一步，展示了光能使电子在特定方向形成窄束流。

“光不再仅仅是开启电流，它还引导了电流的方向，”Cundiff 说。

Cundiff 将之比作灯塔，通过旋转灯罩扫射光束。在这里，光束由电子构成，并且可以通过旋转两个相位相干光场的偏振来旋转该光束。

这一现象依赖于量子干涉，当两种颜色的光驱动不同的吸收路径达到同一最终状态时，就会产生量子干涉。光以离散或量化的能量包（称为光子）形式将能量转移给半导体材料，从而激发材料的电荷载流子。

在密歇根大学的设置中，入射光通过两条路径同时被吸收，这些路径可以看作重叠的涟漪，Cundiff 说。这些涟漪对于沿特定方向移动的电子会彼此对齐并增强，但对于其他方向移动的电子则相互抵消。

此前一个项目的合作者、多伦多大学的 J.E. Sipe 曾预测，制造这样一个“电子灯塔”是可能的。现在，与 Lurie 纳米制造设施合作，Gong 成功实现了这样的装置。

“LNF 是一个了不起的设施，”Gong 说，并补充道，将装置的材料以不引入任何额外电场的方式融合是一个艰苦的过程。“这是我需要解决的最大难题，因为没有标准方法做到这一点。因此，我与 LNF 的工作人员合作，尝试不同的配方和温度，最终找到了制造工艺。”

中国中山大学的电子与信息教授 Kai Wang（曾是与 Cundiff 共事的博士后科学家）为 Gong 提供了这个项目的额外指导。Gong 已从密歇根大学获得博士学位，现在芝加哥担任机器学习科学家，他将通过物理学研究培养的定量和分析技能应用于机器学习。