光的轨道角动量：调控光电流的新途径

光的轨道角动量：调控光电流的新途径

光除了具有自旋角动量，还具有轨道角动量。这种特性使得光子在与物质相互作用时，能够引发电子跃迁形式的改变，进而影响光电流的大小。台湾师范大学物理系蓝彦文教授团队最近的研究发现，通过调控光的轨道角动量，可以有效增强硅纳米线场效应晶体管的光电流，这一发现为未来光电子器件的设计和开发提供了新的思路。

图1：涡旋光增强硅纳米线场效应晶体管之光电导

光可以携带自旋与轨道角动量，分别体现在圆偏振光和涡旋光上。涡旋光的波前并非平面状，而是呈现出螺旋状的结构。当涡旋光与物质相互作用时，为了满足角动量守恒定律，电子跃迁的选择规则会因为光的角动量而有所不同。这种现象可以被用来调控材料的光电性质。

在实验中，研究团队固定了光的功率和偏振方向，通过物镜聚焦并垂直入射于硅纳米线元件上。实验结果表明，随着光的轨道角动量L的增加，材料的光电导效应（PC）和光闸效应（PG）显著增强。研究团队推测，具有轨道角动量的光与物质相互作用后，可以产生额外的跃迁，使得光子更有效地激发电子至导带，从而导致材料对光的吸收率上升。

这一发现具有重要的科学意义和应用价值。光的轨道角动量提供了一个新的自由度，可以用来调控光电流的大小。与传统的光强和频率调控相比，光的轨道角动量调控具有更高的自由度和灵活性，为未来光电子器件的设计和开发提供了新的思路。

这项研究发表在《ACS Nano》期刊上，题为"Twisted Light-Induced Photocurrent in a Silicon Nanowire Field-Effect Transistor"。研究团队由台湾师范大学物理系蓝彦文教授领导，得到了国科会和台湾师范大学的支持。

该研究不仅深化了人们对光与物质相互作用的理解，也为未来光电子器件的设计和开发提供了新的思路。通过调控光的轨道角动量，可以实现对光电流的精确控制，有望在光通信、光传感等领域得到应用。