Экситоны прокладывают путь к более эффективной электронике

Команда ученых из Лаборатории наноразмерной электроники и структур EPFL (LANES) первыми стали контролировать потоки экситонов при комнатной температуре. И теперь они сделали еще один шаг вперед в своей технологии. Ученые нашли способ контролировать некоторые свойства экситонов и изменять поляризацию света, который они генерируют. Это может привести к новому поколению электронных устройств с транзисторами, у которых меньше потери энергии и рассеивание тепла. Открытие ученых является частью новой области исследований под названием веллитроника (valleytronics - долинная электроника) и было опубликовано в журнале Nature Photonics.

Экситоны создаются, когда электрон поглощает свет и переходит на более высокий энергетический уровень, или «энергетическую зону», как их называют в физике твердого тела. Этот возбужденный электрон оставляет электронную дырку в своей предыдущей энергетической зоне. И поскольку электрон имеет отрицательный заряд, а дырка - положительный заряд, они связаны кулоновской силой. Именно эта электронно-дырочная пара называется экситоном.

Экситоны существуют только в полупроводниковых и изоляционных материалах. Их экстраординарные свойства легко доступны в 2D-материалах, имеющих толщину всего в несколько атомов. Наиболее распространенными примерами таких материалов являются углерод и молибденит.

Когда такие 2D-материалы объединяются, они часто проявляют квантовые свойства, которыми ни один материал не обладает сам по себе. Таким образом, ученые из EPFL объединили диселенид вольфрама (WSe2) с диселенидом молибдена (MoSe2), чтобы открыть новые свойства с рядом возможных высокотехнологичных применений. Используя лазер для генерации световых пучков с круговой поляризацией и слегка смещая положения двух 2D-материалов, чтобы создать рисунок муара, они смогли использовать экситоны для изменения и регулирования поляризации, длины волны и интенсивности света.

Ученые достигли этого, манипулируя одним из свойств экситонов: их «долиной», которая связана с экстремальной энергий электрона и дырки. Эти долины могут быть использованы для кодирования и обработки информации на наноскопическом уровне.

«Соединение нескольких устройств, использующих эту технологию, даст нам новый способ обработки данных, - говорит Андрас Кис (Andras Kis), глава LANES. - Изменяя поляризацию света в данном устройстве, мы можем затем выбрать конкретную долину во втором, подключенном к нему устройстве. Это похоже на переключение с 0 на 1 или с 1 на 0, что является фундаментальной двоичной логикой, используемой в вычислениях».