К удивлению исследователей, им удалось синтезировать «электронно-дырочную» жидкость. До этого момента ее получение было возможно лишь при экстремально низких температурах.
В ходе экспериментов доктор Натаниэль Габор из Калифорнийского университета в Риверсайде и его коллеги создали ультратонкую конструкцию, состоящую из графена и слоя дителлурида молибдена – полупроводникового материала. Полученная структура оказалась лишь немного толще молекулы ДНК. После этого исследователи подвергли материал воздействию сверхбыстрых лазерных импульсов, длительность которых измеряется квадриллионными долями секунды. В результате сформировалась электронная жидкость. Их работа описана в журнале Nature Photonics.
«По словам доктора Габора, лазерное возбуждение полупроводников, таких как кремний, приводит к образованию электронов и положительно заряженных дырок, которые распределяются по материалу, что можно сравнить с поведением газа.
В ходе работы было зафиксировано формирование вещества, похожего на жидкость. Данная жидкость обладает определенными характеристиками, среди которых обладают обычные жидкости вроде воды, кроме того, она состоит не из молекул, а из электронов и дырок внутри полупроводников.
«Мы наращивали объем энергии, подаваемой в систему, однако не наблюдали никаких изменений, пока не обнаружили структуру, которую мы называем «аномальным кольцом фототока» в материале. Мы определили, что это жидкость, поскольку она росла, напоминая каплю, и не проявляла свойств газа, — поясняет Габор. — Однако наибольшее удивление вызвал факт ее образования при комнатной температуре. До этого момента исследователи, работавшие над созданием электронно-дырочных жидкостей, могли добиться этого только при температурах, значительно ниже тех, что встречаются в глубоком космосе. Электронные свойства таких капель позволили бы разрабатывать оптоэлектронные устройства, работающие с беспрецедентной производительностью в терагерцевой области диапазона».
Терагерцовый диапазон длин волн находится между инфракрасным и микроволновым, и долгое время в технологиях, связанных с этими волнами, существовало своего рода «терагерцевый зазор». Благодаря ограниченной проникающей способности и способности к дифференциации плотностей, терагерцовые волны могут быть применены для диагностики рака кожи и выявления повреждений зубов.
Подобным образом волны можно использовать для обнаружения дефектов в продуктах вроде таблеток, а также для обнаружения оружия, скрытого под одеждой. Также доктор Габор отметил, что электронно-дырочную жидкость можно использовать в передатчиках и приемниках в открытом космосе, а также квантовых компьютерах, которые при помощи этой технологии можно сделать меньше, чем на основе современных кремниевых микросхем.