Разработка метода управления потоками экситонов при комнатной температуре позволила ученым из Федеральной политехнической школы Лозанны выявить новые характеристики этих квазичастиц, способные улучшить энергоэффективность электронных устройств.
Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) первыми разработали метод управления потоками экситонов при комнатной температуре. Команда исследователей из Лаборатории наномасштабной электроники и структур (LANES) достигла значительных успехов, найдя способ влиять на определенные характеристики экситонов и модифицировать поляризацию излучаемого ими света. Это открывает перспективы для создания нового поколения электронных устройств, в которых транзисторы будут обладать меньшими энергетическими потерями и эффективнее отводить тепло. Данное открытие является частью перспективной области исследований, получившей название «валлетроника». Работа описана в статье журнала Nature Photonics.
Экситоны возникают, когда электрон поглощает свет и переходит на более высокий энергетический уровень. В результате такого перехода возбужденный электрон оставляет за собой «электронную дырку» на исходном уровне энергии. Благодаря противоположным зарядам – отрицательному у электрона и положительному у дырки – они взаимодействуют посредством электростатической силы, известной как сила Кулона. Эта пара электрон-дырка и представляет собой экситон.
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 объединении таких двумерных материалов они демонстрируют квантовые характеристики, отсутствующие у каждого из них в отдельности. Специалисты из EPFL объединили диселенид вольфрама (WSe 2) с диселенидом молибдена (MoSe2) получить свойства, открывающие широкий спектр перспективных высокотехнологичных применений. Используя лазер для создания световых лучей с круговой поляризацией и незначительно сместив расположение двух двумерных материалов, чтобы сформировать муаровый узор, им удалось использовать экситоны для изменения и контроля поляризации, длины волн и интенсивности света.
Используя особенности экситонов, а именно их «долины», возникающие из-за крайних значений энергии электрона и дырки, исследователям удалось добиться значительного прогресса. Данные долины открывают возможности для кодирования и обработки информации в наноразмерных масштабах.
«Совершили для повышения общей производительности системы 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».