近日，復旦大學物理學系應用表面物理國家重點實驗室研究員安正華課題組與中科院上海技術物理所研究員陸衛(wèi)團隊等合作，通過采用一種自主研發(fā)的、可以檢測熱電子散粒噪聲的紅外近場顯微鏡技術(簡稱：掃描噪聲顯微鏡技術或SNoiM，參見圖1)，直接探測GaAs/AlGaAs單晶材料納米輸運溝道中非平衡態(tài)電子電流漲落引起的散粒噪聲(shot noise)，揭示了熱電子輸運過程中的能量耗散空間分布信息。3月29日，相關成果發(fā)表于《科學》雜志(Science)預印版(First release, DOI: 10.1126/science.aam9991)。

　　圖1. 應用掃描噪聲顯微鏡(SNoiM)進行的超高頻率(~21.3THz)

　　散粒噪聲的納尺度成像實驗裝置示意圖。

　　隨著微電子器件尺度按摩爾定律不斷向納米尺度減小、功耗密度不斷增加，器件工作過程中的電子被驅(qū)動至遠離平衡態(tài)，這些非平衡的熱電子輸運性質(zhì)和能量弛豫過程會極大影響器件所能達到的工作性能。因此，全面認識甚至操控非平衡熱電子行為對后摩爾時代的電子學器件發(fā)展具有重要的指導作用。然而，非平衡輸運熱電子的實驗檢測具有極大的技術挑戰(zhàn)。

　　本項實驗利用SNoiM技術克服了傳統(tǒng)熱探測手段的低靈敏度、受限于檢測晶格溫度等缺點，并發(fā)現(xiàn)，散粒噪聲引起的紅外輻射具有表面倏逝波特性(evanescent wave)，且能夠反映對應熱電子的溫度。隨著器件偏壓的逐步增加，熱電子溫度的分布由局域分布向非局域分布過渡，并呈現(xiàn)明顯的熱電子速度過沖現(xiàn)象(圖 2)。

　　圖2.噪聲強度隨偏置電壓增大的演變(0.5-8V)，結(jié)果顯示

　　大偏壓下熱電子的溫度分布呈現(xiàn)明顯的非局域特性。

　　據(jù)悉，SNoiM技術除可應用于上述電子學器件的熱電子顯微成像之外，還可以進一步拓展至更多金屬/非金屬/新型二維材料等廣泛的實驗體系。

　　該工作第一單位為上海技術物理所，第二單位為復旦大學，物理學系研究員安正華和上海技術物理所研究員陸衛(wèi)是該論文通信作者。該項目得到自然科學基金委重大科學儀器研制項目的資助。