Tummat eksitonitilat esiin

Läpimurto tummien eksitonien hallinnassa voisi mullistaa kvanttiviestinnän ja erittäin kompaktit fotoniset laitteet.

City University of New Yorkin (CUNY) ja University of Texas at Austinin tutkimusryhmä on löytänyt keinon saada aiemmin piilossa olleet valon tilat, jotka tunnetaan tummina eksitoneina, loistamaan kirkkaasti ja hallitsemaan niiden emissiota nanoskaalassa.

Heidän julkaistut löydöksensä avaavat oven nopeammille, pienemmille ja energiatehokkaammille teknologioille.

Pimeät eksitonit ovat atomien ohuiden puolijohteiden eksoottisia valo-aine -tiloja, jotka tyypillisesti pysyvät näkymättöminä, koska ne emissoivat valoa hyvin heikosti. Nämä tilat ovat kuitenkin erittäin lupaavia kvantti-informaation ja edistyneiden fotoniikan sovellusten kannalta ainutlaatuisten valo-aine vuorovaikutusominaisuuksiensa, pitkien elinikiensä ja vähentyneen ympäristön kanssa tapahtuvan vuorovaikutuksensa ansiosta, mikä johtaa vähentyneeseen dekoherenssiin.

Näiden vaikeasti havaittavien tilojen paljastamiseksi tiimi suunnitteli nanoskaalaisen optisen ontelon käyttämällä kultaisia nanoputkia ja yhtä volframidiselenidikerrosta (WSe₂), joka on vain kolmen atomin paksuinen materiaali.

Tämä rakenne vahvisti tummien eksitonien valoemissiota hämmästyttävät 300 000-kertaisesti, mikä teki niistä paitsi näkyviä myös hallittavia.

”Tämä työ osoittaa, että voimme käyttää ja manipuloida valo-aineen tiloja, jotka olivat aiemmin saavuttamattomissa”, sanoo tutkimuksen päätutkija Andrea Alù. ”Kytkemällä näitä piilotiloja päälle ja pois mielesi mukaan ja ohjaamalla niitä nanoskaalan resoluutiolla avaamme jännittäviä mahdollisuuksia edistää mullistavasti seuraavan sukupolven optisia ja kvanttiteknologioita, mukaan lukien sensori- ja laskentateollisuudessa.”

Tutkimusryhmä osoitti myös, että näitä pimeitä tiloja voidaan virittää tarvittaessa sähkö- ja magneettikenttien avulla, mikä mahdollistaa tarkan ohjauksen potentiaalisissa sovelluksissa sirulla olevassa fotoniikassa, sensoreissa ja kvanttiviestinnässä. Toisin kuin aiemmat yritykset, tämä lähestymistapa säilyttää materiaalin luonnolliset ominaisuudet ja saavuttaa samalla ennätyksellisen parannuksen valon ja aineen välisessä kytkennässä.

”Tutkimuksemme paljastaa uuden spin-kiellettyjen tummien eksitonien perheen, jota ei ole koskaan aiemmin havaittu”, sanoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Jiamin Quan. ”Tämä löytö on vasta alkua – se avaa polun monien muiden piilevien kvanttitilojen tutkimiseen 2D-materiaaleissa.”

Aiheesta aiemmin:

Valoa pimeään valleytroniikkaan

Katse pimeyteen