Måling af en lille kvasipartikel er et stort skridt fremad for halvlederteknologi

Et team af forskere ledet af Sufei Shi, en assisterende professor i kemi og biologisk teknik ved Rensselaer Polytechnic Institute, har afsløret ny information om massen af ​​individuelle komponenter, der udgør en lovende kvasipartikel, kendt som en exciton, som kan spille en afgørende rolle i fremtidige applikationer til kvanteberegning, forbedret hukommelseslagring, og mere effektiv energiomsætning.

Udgivet i dag i Naturkommunikation , holdets arbejde bringer forskere et skridt tættere på at fremme udviklingen af ​​halvlederenheder ved at uddybe deres forståelse af en atomisk tynd klasse af materialer kendt som transitional metal dichalcogenides (TMDC'er), som har været opmærksomme på deres elektroniske og optiske egenskaber. Forskere har stadig meget at lære om excitonen, før TMDC'er med succes kan bruges i teknologiske enheder.

Shi og hans team er blevet ledere i den stræben, udvikle og studere TMDC'er, og exciton i særdeleshed. Excitoner genereres typisk af energi fra lys og dannes, når en negativt ladet elektron binder sig til en positivt ladet hulpartikel.

Rensselaer-holdet fandt, at inden for dette atomisk tynde halvledermateriale, interaktionen mellem elektroner og huller kan være så stærk, at de to partikler i en exciton kan binde sig til en tredje elektron eller hulpartikel og danne en trion.

I denne nye undersøgelse, Shis team var i stand til at manipulere TMDCs materiale, så det krystallinske gitter indeni ville vibrere, skabe en anden type kvasipartikel kendt som en fonon, som vil interagere stærkt med en trion. Forskerne placerede derefter materialet i et højt magnetfelt, analyserede lyset udsendt fra TMDC'erne fra fononinteraktionen, og var i stand til at bestemme den effektive masse af elektronen og hullet individuelt.

Forskere har tidligere antaget, at der ville være symmetri i masse, men, Shi sagde, Rensselaer-holdet fandt, at disse målinger var signifikant forskellige.

"Vi har udviklet en masse viden om TMDC'er nu, " sagde Shi. "Men for at designe en elektronisk eller optoelektronisk enhed, det er vigtigt at kende den effektive masse af elektroner og huller. Dette arbejde er et solidt skridt mod dette mål."