中科院上海技術(shù)物理研究所陸衛(wèi)團(tuán)隊(duì)與復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系安正華課題組等合作，通過采用一種自主研發(fā)的可檢測熱電子散粒噪聲的紅外近場顯微鏡技術(shù)（SNoiM），直接探測GaAs/AlGaAs單晶材料納米輸運(yùn)溝道中非平衡態(tài)電子電流漲落引起的散粒噪聲，從而揭示了熱電子輸運(yùn)過程中的能量耗散空間分布信息。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

半導(dǎo)體中的電子可以吸收一定能量（如光子、外電場等）而被激發(fā)，處于激發(fā)態(tài)的電子被稱為熱電子。熱電子可以向較低的能級躍遷，以光輻射的形式釋放出能量，這就是半導(dǎo)體的發(fā)光現(xiàn)象。隨著微電子器件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(yuǎn)離平衡態(tài)。這些非平衡的熱電子輸運(yùn)性質(zhì)和能量弛豫過程會極大影響器件所能達(dá)到的工作性能。因此，全面認(rèn)識甚至操控非平衡熱電子行為，對后摩爾時代的電子學(xué)器件發(fā)展具有重要的指導(dǎo)作用。然而，非平衡輸運(yùn)熱電子的實(shí)驗(yàn)檢測具有極大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

研究人員利用SNoiM技術(shù)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(diǎn)，發(fā)現(xiàn)散粒噪聲引起的紅外輻射具有表面倏逝波特性，且能反映對應(yīng)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。