Viritettävät kvanttiloukut eksitoneille

31.05.2022

ETH-viritettavia-eksitoneja-250-t.jpgETH Zürichin tutkijat ovat onnistuneet ensimmäisinä vangitsemaan eksitoneja puolijohdemateriaaliin.

Elektronin ja aukon muodostava eksitoni on kvasihiukkasen, joka kokonaisuutena käyttäytyy kuin neutraali hiukkanen. Neutraalisuuden vuoksi eksitoneja on toistaiseksi ollut vaikea pitää tietyssä kohdassa materiaalin sisällä.

"Eksitoneilla on tärkeä rooli puolijohteiden ja valon rajapinnassa", sanoo postdoc tutkija Puneet Murthy. Niitä käytetään esimerkiksi valoantureissa, aurinkokennoissa tai jopa uusissa kvanttiteknologioiden yksittäisissä fotonilähteissä. Niiden hallittu vangitseminen on ollut solid-state-fysiikan tutkimuksen kunnianhimoinen tavoite useiden vuosien ajan.

ETH:n tutkijat luovat eksitoniloukkunsa levittämällä ohuen kerroksen puolijohteista molybdeenidiselenidia kahden eristeen väliin ja lisäämällä elektrodit ylä- ja alaosaan.

Kootussa rakenteessa yläelektrodi peittää vain osan materiaalista. Näin jännitteen kohdistaminen luo sähkökentän, jonka voimakkuus riippuu sijainnista materiaalin sisällä. Tämä puolestaan saa aikaan positiivisesti varautuneiden aukkojen kerääntymisen puolijohteen sisään suoraan yläelektrodin alle, kun taas negatiivisesti varautuneita elektroneja kasaantuu muualle. Puolijohteen tasossa sähkökenttä syntyy siis näiden kahden vyöhykkeen väliin.

"Tämä sähkökenttä, joka muuttuu voimakkaasti lyhyellä matkalla, voi erittäin tehokkaasti vangita materiaalin eksitonit", selittää Deepankur Thureja, tohtoriopiskelija ja tutkimuksen johtava kirjoittaja, joka teki kokeet yhdessä Murthyn kanssa.

Vaikka eksitonit ovat sähköisesti neutraaleja, ne voivat polarisoitua sähkökentillä, mikä tarkoittaa, että elektroni ja eksitonin aukko vetäytyvät hieman kauemmaksi toisistaan. Tämä johtaa sähköiseen dipolikenttään, joka on vuorovaikutuksessa ulkoisen kentän kanssa ja siten kohdistaa voiman eksitoniin.

Osoittaakseen kokeellisesti, että tämä periaate todella toimii, tutkijat valasivat materiaalia eri aallonpituuksin laservalolla ja mittasivat valon heijastuksen kussakin tapauksessa. Näin tehdessään he havaitsivat sarjan resonansseja, mikä tarkoittaa, että tietyillä aallonpituuksilla valo heijastui odotettua voimakkaammin.

Lisäksi resonansseja voitiin virittää muuttamalla elektrodien jännitettä. "Meille se oli selvä merkki siitä, että sähkökentät loivat ansan eksitoneille ja että ansan sisällä olevien eksitonien liike kvantisoitiin", Thureja sanoo. Kvantisointi tässä tarkoittaa, että eksitonit voivat ottaa vain tiettyjä hyvin määriteltyjä energiatiloja, aivan kuten atomin sisällä olevat elektronit.

Tällaiset vahvasti loukkuun jääneet eksitonit ovat äärimmäisen tärkeitä sekä käytännön sovelluksissa että peruskysymyksissä, Murthy sanoo: "Sähköisesti ohjattavat eksitoniloukut ovat olleet tähän asti ketjun puuttuva lenkki."

Esimerkiksi fyysikot voivat nyt yhdistää monia tällaisia loukkuun jääviä eksitoneja ja säätää niitä siten, että ne emittoivat fotoneja, joilla on täsmälleen samat ominaisuudet eli olisi mahdollista luoda yksittäisten fotonien lähde kvantti-informaation käsittelyyn.

Tutkijat toivovat, että heidän tulokset johtavat myös edistymiseen kohti optisten teknologioiden sovelluksia sekä luovat uusia oivalluksia fysikaalisista perusilmiöistä.

Aiheesta aiemmin:

Negatiivinen valon taittuminen

Tietojenkäsittelyn tehonkulutuksen alarajalle

Kierteisiä topologisia eksitoni-polaritoneja

09.08.2022Lisää monipuolisia kvanttiantureita
08.08.2022Ihanteellisen puolijohdemateriaalin metsästystä
05.08.2022Polymeeriperustaista akkutekniikkaa
04.08.2022Grafeenin avulla kuvia nesteessä "uivista" atomeista
03.08.2022P-tietokoneiden potentiaali
02.08.2022Transistorista memristoriin: kytkentäteknologiaa tulevaisuutta varten
01.08.2022Pienemmän tehonkäytön neuroverkkoja
30.07.2022Suuri askel pienille moottoreille
29.07.2022Elektronit käyttäytyvät hienojakoisemmin
27.07.2022Erittäin viritettäviä komposiittimateriaaleja
24.07.2022Nelitahtikone atomeilla
21.07.2022Lasereille skaalautuvuutta ja yksinapaisia pulsseja
14.07.2022Nanokvantisointi täyttää akkuteknologian aukon
08.07.2022Tutkijat teleportoivat kvantti-informaatiota kvanttiverkossa
06.07.2022Ensimmäinen orgaaninen bipolaaritransistori
01.07.2022Puuperäistä käyttövoimaa langattomille antureille
23.06.2022Perovskiitti ei hevillä antaudu
22.06.2022Pieni robotti kävelee kuin rapu
21.06.2022Uudenlaisen muistin rakentaminen
20.06.2022Nykytekniikalla fotoniselle kvanttirajalle
17.06.2022Polarisaatiota hyödyntävä fotoninen prosessori
16.06.2022Akkuteollisuus etsii uusia materiaaleja
15.06.2022Tutkijat tehostavat atomiradion vastaanottoa
14.06.2022Maanjäristyksen tunnistusta kvanttisalausverkolla
13.06.2022Yön aikainen aurinkokennotekniikka
10.06.2022Hedelmäkärpäsen digitaalinen kaksonen
09.06.2022Älykäs kvanttianturi
08.06.2022Inverttereiden roolista tulevaisuuden sähköverkossa
07.06.2022Hengittäviä kaasuantureita
06.06.2022Aaltoja suprajohtavuuteen ja aikakiteisiin
03.06.2022Monenlaista keramiikkaa
02.06.2022Seuraavan sukupolven älykäs keinoiho
01.06.2022Piin ja neuronin fuusio
31.05.2022Viritettävät kvanttiloukut eksitoneille
30.05.2022Uusi ihme- ja kvanttimateriaali
27.05.2022Uusia löytöjä lämmönhallintaan
26.05.2022Kaksi spiniä tuottaa kvanttiväylän
25.05.2022Katalyyttinen ja absorboiva kondensaattori
24.05.2022Perovskiitti sopii memristoriin ja transistoriin
23.05.2022Polttokennoja ohentaen
21.05.2022Paremman kvanttibitin rakentaminen
20.05.2022Atominohut eriste kuljettaa spinejä
19.05.2022Vetyä ja kvanttielektroniikkaa
18.05.2022Vikasietoinen kvanttitietokonemuisti timantissa
17.05.2022Kvanttiturhautumista etsien
16.05.2022Topologiaa langattomalle tekniikalle
14.05.2022Leväkenno pyörittää Arm Cortex M0+:aa
13.05.2022Ioninen nestepohjainen säilölaskenta
12.05.2022Nanotekninen mikroskooppikuvaus älypuhelimeen
11.05.2022Magneettisia skyrmioneja laserpulsseilla
10.05.2022Viallisia nanotimantteja tulostaen
09.05.2022Monen fotonin generaattori sirulle
08.05.2022Perovskiittikennojen kääntelyä
06.05.2022Kovalenttisilla sidoksilla 2D-2D-heterorakenteita
05.05.2022Suprajohteinen diodi
04.05.2022Lisää vettä litiumioni-akkuun
03.05.2022Konenäön visioita ja vaaroja
02.05.2022Kvanttiteleportaatio: kvanttidataliikenteen pikakaista
30.04.2022UPS:in lyijyakku vaihtuu alkaliakuksi
29.04.2022Einsteinin jalanjäljissä
28.04.2022Topologisia ilmiöitä korkeilla taajuuksilla
27.04.2022Vetymolekyylistä kvanttisensori
26.04.2022Konenäköä mikroroboteille
25.04.2022Mekaanista kvanttitekniikkaa
23.04.2022Bakteerit rummuttavat
22.04.2022Molekyylirobotit parveutuvat yhteistyöhön
21.04.2022Nesteet ja kiinteät aineet samalla tulostuksella
20.04.2022Kausiluontoisen energian varastointia
19.04.2022Ensimmäiset teollisesti valmistetut kubitit
18.04.2022Jalokivessä avain tulevaisuuden kvanttitietokoneille
15.04.2022Magnetosähköinen transistori
14.04.2022Laser integroitu litiumniobaattisirulle
13.04.2022Sähkömagneettista spektriä avaten
12.04.2022Negatiivinen hilakapasitanssi transistoreihin
11.04.2022Topologista valon ohjausta ja THz-modulaatiota
08.04.2022"Kuumat" spinkvanttibitit piitransistoreissa
07.04.2022Korkean lämpötilan Majoranat
06.04.2022Huonelämpöistä suprafluorenssia
05.04.2022Uusi alusta räätälöitäville kvanttilaitteille
04.04.2022Magneettinen läheisyysvaikutus esiin
02.04.2022Supernopean "elektronisateen" lähde
01.04.2022Kvanttimemristori ja neurolaskennan laajennus
31.03.2022Ennätystehokkuus ohuille piiaurinkokennoille
30.03.2022Atomistisia perusteita akuille
29.03.2022Uusia mahdollisuuksia atomistisilla kvanttitietokoneilla
28.03.2022Äärimmäiset rajat nykyelektroniikalle
26.03.2022Jalometalleista vapaa polttokenno
25.03.2022Aaltoilevan grafeenin elektroniikkaa
24.03.2022Kvanttitason lämpötilamittaukset solujen tasolle
23.03.2022Magnetismi ja korkean lämpötilan suprajohteet
22.03.2022Taajuusviritys nanosähkömekaanisesti
21.03.2022Kangas, joka "kuulee" sydämesi äänet
19.03.2022Syövänhoitoa magneettisilla siemenillä
18.03.2022MEMS-kytkimillä LiDAR:lle ennätystarkkuus
17.03.2022Lyijy pois nopeatoimisista akuista
16.03.2022Taajuuden helppoa kertomista
15.03.2022Parempaa näkökykyä roboteille
14.03.2022Uusia MOF-katalyyttejä
12.03.2022Ultraohuita kalvoja bioelektroniikalle
11.03.2022Kohti kiinteärakenteisia akkuja

Näytä lisää »