Dopo aver sviluppato un metodo per controllare i flussi di eccitoni a temperatura ambiente, Gli scienziati dell'EPFL hanno scoperto nuove proprietà di queste quasiparticelle che possono portare a dispositivi elettronici più efficienti dal punto di vista energetico.

Sono stati i primi a controllare i flussi di eccitoni a temperatura ambiente. E adesso, il team di scienziati del Laboratorio di elettronica e strutture su nanoscala (LANES) dell'EPFL ha fatto un ulteriore passo avanti con la propria tecnologia. Hanno trovato un modo per controllare alcune delle proprietà degli eccitoni e cambiare la polarizzazione della luce che generano. Questo può portare a una nuova generazione di dispositivi elettronici con transistor che subiscono meno perdite di energia e dissipazione di calore. La scoperta degli scienziati fa parte di un nuovo campo di ricerca chiamato valleytronics ed è stata appena pubblicata in Fotonica della natura .

Gli eccitoni vengono creati quando un elettrone assorbe la luce e si sposta in un livello energetico superiore, o "banda di energia" come vengono chiamati nella fisica quantistica dei solidi. Questo elettrone eccitato lascia un "buco elettronico" nella sua precedente banda di energia. E poiché l'elettrone ha una carica negativa e la lacuna una carica positiva, i due sono legati insieme da una forza elettrostatica chiamata forza di Coulomb. È questa coppia di lacune elettrone-elettrone che viene chiamata eccitone.

Proprietà quantistiche senza precedenti

Gli eccitoni esistono solo nei materiali semiconduttori e isolanti. Le loro straordinarie proprietà sono facilmente accessibili nei materiali 2-D, che sono materiali la cui struttura di base è spessa solo pochi atomi. Gli esempi più comuni di tali materiali sono il carbonio e la molibdenite.

Quando tali materiali 2-D sono combinati, spesso mostrano proprietà quantistiche che nessun materiale possiede da solo. Gli scienziati dell'EPFL hanno quindi combinato il diseleniuro di tungsteno (WSe ₂ ) con diseleniuro di molibdeno (MoSe ₂ ) per rivelare nuove proprietà con una serie di possibili applicazioni high-tech. Utilizzando un laser per generare fasci di luce con polarizzazione circolare, e spostando leggermente le posizioni dei due materiali 2-D in modo da creare un motivo moiré, sono stati in grado di utilizzare gli eccitoni per modificare e regolare la polarizzazione, lunghezza d'onda e intensità della luce.

Da una valle all'altra

Gli scienziati hanno ottenuto ciò manipolando una delle proprietà degli eccitoni:la loro "valle, " che è legato agli estremi delle energie dell'elettrone e del buco. Queste valli - da cui deriva il nome valleytronics - possono essere sfruttate per codificare ed elaborare informazioni a livello nanoscopico.

"Collegare diversi dispositivi che incorporano questa tecnologia ci darebbe un nuovo modo di elaborare i dati, "dice Andras Kis, chi dirige LANES. "Cambiando la polarizzazione della luce in un dato dispositivo, possiamo quindi selezionare una valle specifica in un secondo dispositivo ad essa connesso. È simile al passaggio da 0 a 1 o da 1 a 0, che è la logica binaria fondamentale utilizzata nell'informatica."