Excitons vil forme fremtiden for elektroniske enheder

Excitoner er kvasipartikler fremstillet af elektronernes exciterede tilstand og - ifølge forskning, der udføres EPFL - har potentialet til at øge energieffektiviteten af ​​vores daglige enheder.

Det er en helt ny måde at tænke elektronik på. Excitoner - eller kvasipartikler dannet, når elektroner absorberer lys - står til at revolutionere byggestenene i kredsløb. Forskere ved EPFL har studeret deres ekstraordinære egenskaber for at designe mere energieffektive elektroniske systemer, og har nu fundet en måde at bedre kontrollere excitoner, der bevæger sig i halvledere. Deres resultater vises i dag i Natur nanoteknologi .

Kvasipartikler er midlertidige fænomener, der er et resultat af interaktionen mellem to partikler i fast stof. Excitoner dannes, når en elektron absorberer en foton og bevæger sig ind i en højere energitilstand, efterlader et hul i sin tidligere energitilstand (kaldet et "valensbånd" i båndteori). Elektron- og elektronhullet er bundet sammen gennem tiltrækningskræfter, og de to danner tilsammen det, der kaldes en exciton. Når elektronen falder tilbage i hullet, den udsender en foton, og excitonen ophører med at eksistere.

Sidste år, et team af forskere fra EPFL's Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures (LANES) annoncerede, at de havde udviklet en transistor - en af ​​komponenterne i kredsløb - der kører på excitoner i stedet for elektroner (se artiklen). Og for første gang, de var i stand til at få transistorerne til at fungere ved stuetemperatur, et stort skridt fremad for at udvikle praktiske applikationer til denne teknologi.

For at få excitonerne til at holde længere, forskerne lagde to forskellige 2-D materialer oven på hinanden:wolfram diselenid (WSe) ₂ ) og molybdæn -diselenid (MoSe ₂ ). Det resulterende materiale havde en glitrende tekstur, der påvirkede, hvordan kvasipartiklerne blev fordelt. "Med disse to materialer, excitonerne havde en tendens til at gruppere sig på bestemte steder og forhindre strømmen i at flyde, " siger Andras Kis, lederen af ​​LANES og en medforfatter af undersøgelsen. For at forhindre det i at ske, denne gang tilføjede forskerholdet et mellemlag af hexagonal form bornitrid (h-BN), som lader dem se excitonerne og deres energiniveauer tydeligere.

Forskerholdet opdagede også en måde at polarisere excitonstrømmene på, hvilket betyder, at kvasipartiklerne i sidste ende kunne bruges til at kode data uafhængigt gennem variationer i strømstørrelse såvel som polarisering. Det åbner døren for endnu flere applikationer inden for både kodning og databehandling på et nanoskopisk niveau.