I ricercatori dell'Università di Valencia (UV) hanno scoperto un semiconduttore bidimensionale che ha i suoi eccitoni orientati in un modo nuovo, aprendo la strada alla generazione di chip fotonici integrati.

La seconda rivoluzione quantica che sta avvenendo oggi è guidata in Europa dal programma Quantum Flagship, che intende portare i processi quantici dal laboratorio al mercato. Nei nuovi materiali bidimensionali, come il grafene o i semiconduttori bidimensionali, i fenomeni quantici lasciano il loro tradizionale campo di basse temperature per manifestarsi anche a temperatura ambiente. Questo fatto, che è molto insolito, ha contribuito a rendere i semiconduttori bidimensionali uno dei principali punti focali di Quantum Flagship per creare tecnologie dirompenti che lasciano il posto a dispositivi commercializzabili che sfruttano le proprietà quantiche della luce e della materia con, Per esempio, utilizza nel campo della crittografia del segnale e delle comunicazioni sicure.

Nei semiconduttori, la particella responsabile dei processi di assorbimento ed emissione della luce è la lacuna elettronica nota come eccitone. Conoscere e controllare le proprietà degli eccitoni nei semiconduttori bidimensionali è la chiave per lo sviluppo di tecnologie quantiche che devono essere sviluppate nell'ambito del Quantum Flagship. Nella misura in cui la distribuzione degli eccitoni di un semiconduttore bidimensionale da sola può definire quale tipo di dispositivo optoelettronico può essere fabbricato per sfruttare la luce quantica che il semiconduttore bidimensionale può emettere.

Gli eccitoni dei semiconduttori fin qui studiati hanno un orientamento essenzialmente orizzontale, con i vantaggi e i limiti che ciò comporta. Però, un gruppo di ricerca dell'Istituto di Scienza dei Materiali (ICMUV) e del Dipartimento di Fisica Applicata ed Elettromagnetismo dell'Università di Valencia (UV), in collaborazione con un gruppo dell'Università Heriot-Watt del Regno Unito, hanno dimostrato che gli eccitoni del semiconduttore bidimensionale di seleniuro di indio (InSe) sono orientati perpendicolarmente al piano atomico, a differenza del resto dei semiconduttori bidimensionali scoperti fino ad ora.

Questo nuovo orientamento degli eccitoni apre le porte alla creazione di dispositivi optoelettronici piatti basati su materiali bidimensionali in cui la luce quantica emessa orizzontalmente può essere sostenuta e trasportata con relativa facilità tramite i fiocchi di InSe stratificati.

Il gruppo dell'ICMUV e del Dipartimento di Fisica Applicata, composto da Daniel Andrés Penares, Rodolfo Enrique Canet Albiach, Marie Krecmarová, Alejandro Molina Sanchez, Juan P. Martínez Pastor e Juan F. Sánchez Royo, partecipa a uno dei 20 consorzi scelti per la prima fase del Quantum Flagship. Lo hanno fatto con il loro progetto denominato S2QUIP "Scalable Two-Dimensional Quantum Integrated Photonics, " dove svilupperanno circuiti di fotonica quantica integrando materiali semiconduttori bidimensionali compatibili con la tecnologia CMOS, spesso utilizzato nella produzione di circuiti integrati tradizionali. Sviluppato in questo quadro, il lavoro potrebbe risolvere molti dei colli di bottiglia descritti dai piani di lavoro degli Stati Uniti e dell'UE per lo sviluppo di tecnologie commerciabili per l'informazione quantica.