Экситоны повысят производительность электронных устройств

После разработки способа контроля потоками экситонов при комнатной температуре, ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны открыли новые свойства этих квазичастиц, которые могут повысить энергоэффективность электронных устройств.

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) стали первыми, кто научился контролировать потоки экситонов при комнатной температуре. Теперь, команда ученых из Лаборатории наномасштабной электроники и структур (LANES) сумели добиться новых удивительных результатов. Они нашли способ контролировать некоторые свойства экситонов и изменять поляризацию создаваемого ими света. Это может помочь в разработке нового поколения электронных устройств с транзисторами с меньшими энергетическими потерями и тепловым рассеиванием. Открытие ученых является частью новой области исследований, известной как «валлетроника». Работа описана в статье журнала Nature Photonics.

Экситоны создаются при поглощении электроном света и его движении на более высокий энергетический уровень. Этот возбужденный электрон оставляет за собой «электронную дырку» на своем предыдущем энергетическом уровне. Из-за того, что у электрона заряд отрицательный, а у дырки – положительный, они связаны друг с другом электростатической силой – силой Кулона. Именно эту пару электрон-дырка и называют экситоном.

Экситоны существуют только в полупроводниковых и изоляционных материалах. Их исключительные свойства легко получить в двумерных материалах со структурой толщиной всего в несколько атомов. Чаще всего в пример таких материалов приводят углерод и молибденит.

При совмещении таких двумерных материалов, они проявляют квантовые свойства, которыми не обладает ни один из них по отдельности. Ученые из EPFL соединили диселенид вольфрама (WSe2) с диселенидом молибдена (MoSe2) для получения свойств с диапазоном возможных высокотехнологичных применений. Применив лазер для генерации световых лучей с круговой поляризацией и слегка изменив позиции двух двумерных материалов для создания муарового узора, они смогли использовать экситоны для изменения и контроля поляризации, длины волн и интенсивности света.

Ученые добились этого, манипулируя одним из свойств экситонов – их «долиной», связанной с крайностями энергий в электроне и дырке. Эти долины можно использовать для кодировки и обработки информации на наноскопическом уровне.

«Соединение нескольких устройств, использующих эту технологию, мы получили бы новый способ обработки данных, - говорит руководитель LANES Андрас Кис. – Изменяя поляризацию света в одном устройстве, мы можем выбрать определенную долину во втором устройстве, подсоединённом к первому. Это похоже на переключение с 0 на 1 или с 1 на 0, что является фундаментальной бинарной логикой, используемой в вычислениях».