Экситоны повысят производительность электронных устройств

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) стали первыми, кто научился контролировать потоки экситонов при комнатной температуре. Теперь, команда ученых из Лаборатории наномасштабной электроники и структур (LANES) сумели добиться новых удивительных результатов. Они нашли способ контролировать некоторые свойства экситонов и изменять поляризацию создаваемого ими света. Это может помочь в разработке нового поколения электронных устройств с транзисторами с меньшими энергетическими потерями и тепловым рассеиванием. Открытие ученых является частью новой области исследований, известной как «валлетроника». Работа описана в статье журнала Nature Photonics.

Экситоны создаются при поглощении электроном света и его движении на более высокий энергетический уровень. Этот возбужденный электрон оставляет за собой «электронную дырку» на своем предыдущем энергетическом уровне. Из-за того, что у электрона заряд отрицательный, а у дырки – положительный, они связаны друг с другом электростатической силой – силой Кулона. Именно эту пару электрон-дырка и называют экситоном.

Экситоны существуют только в полупроводниковых и изоляционных материалах. Их исключительные свойства легко получить в двумерных материалах со структурой толщиной всего в несколько атомов. Чаще всего в пример таких материалов приводят углерод и молибденит.

При совмещении таких двумерных материалов, они проявляют квантовые свойства, которыми не обладает ни один из них по отдельности. Ученые из EPFL соединили диселенид вольфрама (WSe₂) с диселенидом молибдена (MoSe₂) для получения свойств с диапазоном возможных высокотехнологичных применений. Применив лазер для генерации световых лучей с круговой поляризацией и слегка изменив позиции двух двумерных материалов для создания муарового узора, они смогли использовать экситоны для изменения и контроля поляризации, длины волн и интенсивности света.

Ученые добились этого, манипулируя одним из свойств экситонов – их «долиной», связанной с крайностями энергий в электроне и дырке. Эти долины можно использовать для кодировки и обработки информации на наноскопическом уровне.

«Соединение нескольких устройств, использующих эту технологию, мы получили бы новый способ обработки данных, – говорит руководитель LANES Андрас Кис. – Изменяя поляризацию света в одном устройстве, мы можем выбрать определенную долину во втором устройстве, подсоединённом к первому. Это похоже на переключение с 0 на 1 или с 1 на 0, что является фундаментальной бинарной логикой, используемой в вычислениях».