Excitons baner vejen til elektronik med højere ydeevne

Efter at have udviklet en metode til at kontrollere excitonstrømme ved stuetemperatur, EPFL-forskere har opdaget nye egenskaber ved disse kvasipartikler, der kan føre til mere energieffektive elektroniske enheder.

De var de første til at kontrollere excitonstrømme ved stuetemperatur. Og nu, forskerteamet fra EPFL's Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures (LANES) har taget deres teknologi et skridt videre. De har fundet en måde at kontrollere nogle af egenskaberne ved excitoner og ændre polariseringen af ​​det lys, de genererer. Dette kan føre til en ny generation af elektroniske enheder med transistorer, der gennemgår mindre energitab og varmeafledning. Forskernes opdagelse er en del af et nyt forskningsfelt kaldet valleytronics og er netop blevet offentliggjort i Natur fotonik .

Excitoner dannes, når en elektron absorberer lys og bevæger sig ind i et højere energiniveau, eller "energibånd" som de kaldes i solid kvantefysik. Denne ophidsede elektron efterlader et "elektronhul" i sit tidligere energibånd. Og fordi elektronen har en negativ ladning og hullet en positiv ladning, de to er bundet sammen af ​​en elektrostatisk kraft kaldet en Coulomb -kraft. Det er dette elektron-elektron hulpar, der omtales som en exciton.

Enestående kvanteegenskaber

Excitons findes kun i halvledende og isolerende materialer. Deres ekstraordinære egenskaber er let tilgængelige i 2-D materialer, som er materialer, hvis grundstruktur kun er et par atomer tykke. De mest almindelige eksempler på sådanne materialer er carbon og molybdenit.

Når sådanne 2-D materialer kombineres, de udviser ofte kvanteegenskaber, som intet materiale besidder alene. EPFL -forskerne kombinerede således wolframdiselenid (WSe ₂ ) med molybdæn -diselenid (MoSe ₂ ) for at afsløre nye egenskaber med en række mulige højteknologiske applikationer. Ved at bruge en laser til at generere lysstråler med cirkulær polarisering, og en smule forskydning af positionerne for de to 2-D-materialer for at skabe et moiré-mønster, de var i stand til at bruge excitoner til at ændre og regulere polarisationen, lysets bølgelængde og intensitet.

Fra den ene dal til den næste

Forskerne opnåede dette ved at manipulere en af ​​excitonernes egenskaber:deres "dal, "som er relateret til ekstreme energier i elektronen og hullet. Disse dale - som er hvor navnet valleytronics kommer fra - kan udnyttes til at kode og behandle information på et nanoskopisk niveau.

"At forbinde flere enheder, der inkorporerer denne teknologi, ville give os en ny måde at behandle data på, "siger Andras Kis, der leder LANES. "Ved at ændre polariseringen af ​​lys i en given enhed, vi kan derefter vælge en bestemt dal i en anden enhed, der er forbundet til den. Det svarer til at skifte fra 0 til 1 eller 1 til 0, som er den grundlæggende binære logik, der bruges i computing. "