Fysikeres opdagelse kan revolutionere informationsoverførsel

Flyt til side, elektroner; det er tid til at gøre plads til trionen.

Et forskerhold ledet af fysikere ved University of California, Riverside, har observeret, karakteriseret, og kontrollerede mørke trioner i en halvleder-ultralean enkeltlags wolframdiselenid (WSe) ₂ )—en bedrift, der kunne øge kapaciteten og ændre formen for informationstransmission.

I en halvleder, såsom WSe ₂ , en trion er en kvantebundet tilstand af tre ladede partikler. En negativ trion indeholder to elektroner og et hul; en positiv trion indeholder to huller og en elektron. Et hul er ledigheden af ​​en elektron i en halvleder, som opfører sig som en positivt ladet partikel. Fordi en trion indeholder tre interagerende partikler, den kan bære meget mere information end en enkelt elektron.

Det meste elektronik bruger i dag individuelle elektroner til at lede elektricitet og overføre information. Da trioner bærer netto elektrisk ladning, deres bevægelse kan styres af et elektrisk felt. Trions kan, derfor, også bruges som informationsbærere. Sammenlignet med individuelle elektroner, trioner har kontrollerbare spin- og momentumindekser og en rig intern struktur, som kan bruges til at kode information.

Trioner kan kategoriseres i lyse og mørke trioner med forskellige spin-konfigurationer. En lys trion indeholder en elektron og et hul med modsatte spins. En mørk trion indeholder en elektron og et hul med samme spin. Lyse trioner kobler sig stærkt til lys og udsender lys effektivt, hvilket betyder, at de forfalder hurtigt. Mørke trioner, imidlertid, par svagt til lys, hvilket betyder, at de forfalder meget langsommere end lyse trioner.

Forskerne målte mørke trioners levetid og fandt ud af, at de holder mere end 100 gange længere end de mere almindelige lyse trioner. Den lange levetid muliggør informationstransmission af trioner over en meget længere afstand.

"Vores arbejde tillader skrivning og læsning af trion-information ved lys, " sagde Chun Hung (Joshua) Lui, en assisterende professor i fysik og astronomi ved UC Riverside, der ledede forskningen. "Vi kan generere to typer trioner - mørke og lyse trioner - og kontrollere, hvordan information kodes i dem."

Resultaterne af forskningen er publiceret i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

"Vores resultater kunne muliggøre nye måder at overføre information på, " sagde Erfu Liu, den første forfatter til forskningspapiret, og en postdoc-forsker i Luis laboratorium. "Mørke trioner, med deres lange levetid, kan hjælpe os med at realisere informationstransmission af trioner. Ligesom at øge din Wi-Fi-båndbredde derhjemme, triontransmission tillader mere information at komme igennem end individuelle elektroner."

Forskerne brugte et enkelt lag WSe ₂ atomer, der ligner et grafenark, fordi det mørke trion energiniveau i WSe ₂ ligger under det lyse trion energiniveau. De mørke trioner kan derfor akkumulere en stor befolkning, muliggør deres detektering.

Lui forklarede, at det meste af trionforskning i dag fokuserer på lyse trioner, fordi de udsender så meget lys og let kan måles.

"Men vi fokuserer på mørke trioner og deres detaljerede adfærd under forskellige ladningstætheder i enkeltlags WSe ₂ enheder, " sagde Lui. "Vi var i stand til at demonstrere en kontinuerlig tuning fra positive mørke trioner til negative mørke trioner ved blot at justere en ekstern spænding. Vi var også i stand til at bekræfte mørke trioners særskilte spin-konfiguration fra lyse trioner.

"Hvis vi kan bruge trioner til at overføre information, vores informationsteknologi vil blive stærkt beriget, " tilføjede han. "Den største hindring i en sådan udvikling har været den korte levetid for lyse trioner. Nu kan de langlivede mørke trioner hjælpe os med at overvinde denne forhindring."

Næste, hans hold planlægger at demonstrere den faktiske transport af information af mørke trioner.

"Vi har til hensigt at demonstrere den første fungerende enhed, der bruger mørke trioner til at transportere information, " sagde Lui. "Hvis sådan en prototype trion enhed virker, mørke trioner kan derefter bruges til at transportere kvanteinformation."