Eksitonit avaavat tietä tehokkaampaan elektroniikkaan

Kun EPFL:n tutkijat aiemmin kehittivät menetelmän eksitonivirtojen hallitsemiseksi huonelämpötilassa, he ovat nyt löytäneet uusia ominaisuuksia näistä kvasipartikkeleista, jotka voivat johtaa energiatehokkaampiin elektronisiin rakenteisiin.

EPFL:n Laboratory of Nanoscale Electronics and Structuresin (LANES) tutkijoiden ryhmä on nyt löytänyt tavan hallita joitakin eksitonien ominaisuuksia ja muuttaa niiden tuottaman valon polarisaatiota. Tämä voi johtaa uuden sukupolven elektronisiin laitteisiin joiden transistorit toimivat vähemmillä energiahäviöillä ja hukkalämmön tuotolla.

Eksitoneja syntyy kun elektroni absorboi valoa ja siirtyy korkeammalle energiatasolle tai "energiakaistaan". Tämä virittynyt elektroni jättää lähtöpisteen energiakaistaan ”elektroniaukon”. Ja koska elektronilla on negatiivinen varaus ja aukolla positiivinen, nämä kaksi sitoutuvat yhteen sähköstaattisella Coulomb-voimalla. Tätä aukon ja elektronin paria kutsutaan eksitoniksi.

Eksitoneja esiintyy vain puolijohtavissa ja eristävissä materiaaleissa. Niiden erikoisominaisuuksia voidaan helposti käyttää atomien ohuissa 2D-materiaaleissa.

Kun tällaisia 2D-materiaaleja yhdistetään, niille syntyy usein kvanttiominaisuuksia, joita kummallakaan materiaalilla ei itsessään ole.

EPFL:n tieteilijät yhdistivät näin volframidiselediä (WSe2) molybdeenidiselenidin (MoSe2) kanssa uusien ominaisuuksien esiin tuomiseksi. Käyttämällä laseria, joka tuottaa valonsäteitä pyörivällä polarisoinnilla, ja hieman siirtämällä kahta 2D-materiaalin asentoja moiré-mallin luomiseksi, he pystyivät käyttämään eksitoneja muuttamaan ja säätämään valon polarisoitumista, aallonpituutta ja intensiteettiä.

Tutkijat saavuttivat tämän manipuloimalla yhtä eksitonien ominaisuutta: niiden "laaksoa", joka liittyy elektronin ja aukon äärimmäisiin energialähteisiin. Näitä laaksoja, joista nimi valleytronics tulee, voidaan hyödyntää koodaamaan ja käsittelemään informaatiota nanomittojen tasolla.

”Useiden piirirakenteiden yhdistäminen, jotka hyödyntävät tätä tekniikkaa, antaisi meille uuden tavan käsitellä dataa”, sanoo LANESin johtaja Andras Kis. ”Muuttamalla valon polarisointia tietyssä rakenteessa voimme sitten valita tietyn laakson toisessa siihen liitetyssä piirissä. Se on samanlainen kuin vaihtaminen 0:sta 1:een tai 1:stä 0:een, mikä on tietojenkäsittelyssä käytetty perusarvo."

Aiheesta aiemmin:

Eksitonit elektroniikan käyttöön

"Valleytroniikan" eteneminen mahdollista