諾貝爾物理獎表彰阿秒光脈衝 可助半導體產業
自由時報 2023/10/03 2023年諾貝爾物理獎今(3日)傍晚頒獎,由發明「阿秒光脈衝」的3名學者獲得;台灣科技媒體中心邀國內學者分析,指出阿秒光脈衝就像快門與攝影機,可記錄「10的負18次方」秒,將電子運動看得相當清楚,有助材料領域發展,如更先進的半導體材料,乃至新的量子電腦材料等,台灣學界亦有相當投資,包含中研院、國家同步輻射中心及清大、陽明交大等。) B6 j0 V( |4 j& K
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今年諾貝爾物理獎得主由呂利耶(Anne L'Huillier)、克勞斯(Ferenc Krausz)及亞谷斯蒂尼(Pierre Agostini)等3人獲得,研究領域為「為研究物質中的電子動力學而產生阿秒光脈衝的實驗方法」。台灣科技媒體中心邀請清華大學電機系副教授陳明彰、陽明交通大學電子物理系教授羅志偉、陽明交大生醫光電研究所助理教授賈世璿、中央研究院物理研究所助研究員溫昱傑等分析。5 u& f. L w' C) B/ x
9 f6 [- ~% j! a9 ^( q陳明彰表示,阿秒(attosecond)是10的負18次方秒,一般人眨眼睛約10的負3次方秒,而電子在奈米尺度的世界移動速度快,雖人類很早有雷射,但西元2千年之前,仍看不清楚電子,直到阿秒光脈衝,才把最短脈衝從5、6飛秒(10的負15次方秒)壓到200阿秒,正式開創「新的時間」,今年得主就是該技術奠定者。
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% V! P# g% P, v賈世璿形容,阿秒光脈衝就是非常短的快門,讓科學家可以看清楚電子運動行為,如一個電子繞氫原子約150阿秒;羅志偉說,歷年超快光學拿下四次諾貝爾獎,自己也跟學生說,短脈衝雷射就像在幫電子拍電影,而我們是大導演,看「電子、聲子、自旋」等3個基礎物質單元演一齣電影。
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" P4 Z: C2 f B7 w6 `羅志偉舉例,雷射可以把絕緣體變成金屬,其概念就是電子、聲子、自旋之間的作用力,透過阿秒光脈衝的觀測甚至操控,就能把已知材料改變特性,對未來高速的電晶體、電子元件等研究都有諸多可能性。
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6 y Y. l5 w# R4 \0 E2 w' R溫昱傑表示,阿秒技術可用來理解跟操控物質的電子行為及交互作用、材料行為等,有助半導體工業、新的量子材料開發;賈世璿說,很多電腦的CPU(處理器)處理速度是GHz的奈秒等級(10的負9次方秒),有阿秒技術,想像用阿秒做成電子開關,切換、運算技術將更加提高;羅志偉補充,CPU中的邏輯閘,就是用0101開關運算,若用到阿秒雷射,有機會製出運算速度將可比現在還快1千倍的元件。
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賈世璿還說,今年物理獎得主們,除了阿秒光脈衝,還用到EUV(極紫外光)技術,阿秒領域對光有非常好的操控,因此在EUV領域上也有助半導體製程更先進。
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7 M1 Y9 f) b; x而阿秒領域在台灣也不少學者加入;溫昱傑表示,台灣學界有相當投資,主要集中在中研院、陽明交通大學、清華大學跟國研院國家同步輻射研究中心等,如陳明彰老師鑽研光源;羅志偉老師主要領導電子動力學,也跟國輻中心林秉慧延伸材料科學研究,中研院則是原分所江正天主持相關實驗室。