Екситони підвищать продуктивність електронних пристроїв

Після розробки способу контролю потоками екситонів при кімнатній температурі, вчені з Федеральної політехнічної школи Лозанни відкрили нові властивості цих квазічастинок, які можуть підвищити енергоефективність електронних пристроїв.

Дослідники з Федеральної політехнічної школи Лозанни (EPFL) стали першими, хто навчився контролювати потоки екситонів при кімнатній температурі. Тепер, команда вчених з Лабораторії наномасштабної електроніки і структур (LANES) зуміли домогтися нових дивовижних результатів. Вони знайшли спосіб контролювати деякі властивості екситонів і змінювати поляризацію створюваного ними світла. Це може допомогти в розробці нового покоління електронних пристроїв з транзисторами з меншими енергетичними втратами і тепловим розсіюванням. Відкриття вчених є частиною нової області досліджень, відомої як «валлетроніка». Робота описана в статті журналу Nature Photonics.

Екситони створюються при поглинанні електроном світла і його русі на більш високий енергетичний рівень. Цей збуджений електрон залишає за собою «електронну дірку» на своєму попередньому енергетичному рівні. Через те, що у електрона заряд негативний, а у дірки – позитивний, вони пов’язані один з одним електростатичною силою – силою Кулона. Саме цю пару електрон-дірка і називають Екситоном.

Екситони існують тільки в напівпровідникових і ізоляційних матеріалах. Їх виняткові властивості легко отримати в двовимірних матеріалах зі структурою товщиною всього в декілька атомів. Найчастіше в приклад таких матеріалів приводять вуглець і молібден.

При поєднанні таких двовимірних матеріалів, вони проявляють квантові властивості, якими не володіє жоден з них окремо. Вчені з EPFL з’єднали диселенид вольфраму (WSe ₂ ) з диселенидом молібдену (MoSe ₂ ) для отримання властивостей з діапазоном можливих високотехнологічних застосувань. Застосувавши лазер для генерації світлових променів з круговою поляризацією і злегка змінивши позиції двох двовимірних матеріалів для створення муарового візерунка, вони змогли використовувати екситон для зміни і контролю поляризації, довжини хвиль і інтенсивності світла.

Вчені добилися цього, маніпулюючи одним з властивостей екситонів – їх «долиною», пов’язаної з крайнощами енергій в електроні і дірці. Ці долини можна використовувати для кодування та обробки інформації на наноскопічному рівні.

«З’єднання декількох пристроїв, що використовують цю технологію, ми отримали б новий спосіб обробки даних, – говорить керівник LANES Андрас Кіс. – Змінюючи поляризацію світла в одному пристрої, ми можемо вибрати певну долину в другому пристрої, приєднані до першого. Це схоже на перемикання з 0 на 1 або з 1 на 0, що є фундаментальною бінарної логікою, використовуваної в обчисленнях ».