I ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute hanno escogitato un modo per manipolare il diseleniuro di tungsteno (WSe2), un promettente materiale bidimensionale, per sbloccare ulteriormente il suo potenziale per consentire calcolo più efficiente, e persino l'elaborazione e l'archiviazione di informazioni quantistiche. I loro risultati sono stati pubblicati oggi in Comunicazioni sulla natura .

Attraverso il globo, i ricercatori sono stati fortemente concentrati su una classe di bidimensionali, materiali semiconduttori atomicamente sottili noti come dicalcogenuri di metalli di transizione monostrato. Questi materiali semiconduttori atomicamente sottili, con uno spessore inferiore a 1 nm, sono attraenti poiché l'industria cerca di rendere i dispositivi più piccoli e più efficienti dal punto di vista energetico.

"È un paradigma completamente nuovo, " disse Sufei Shi, assistente professore di ingegneria chimica e biologica a Rensselaer e autore corrispondente sul documento. "I vantaggi potrebbero essere enormi."

Shi e il suo gruppo di ricerca, in collaborazione con il personale delle camere bianche all'interno del Centro per i materiali, Dispositivi, e sistemi integrati a Rensselaer, hanno sviluppato un metodo per isolare questi strati sottili di WSe2 dai cristalli in modo da poterli impilare sopra altri materiali atomicamente sottili come il nitruro di boro e il grafene.

Quando lo strato WSe2 è racchiuso tra due scaglie di nitruro di boro e interagisce con la luce, Shi ha detto, avviene un processo unico. A differenza di un semiconduttore tradizionale, elettroni e lacune si legano fortemente tra loro e formano una quasiparticella a carica neutra chiamata eccitone.

"L'eccitone è probabilmente uno dei concetti più importanti nell'interazione luce-materia. Comprendere questo è fondamentale per la raccolta dell'energia solare, efficienti dispositivi a diodi emettitori di luce, e quasi tutto ciò che riguarda le proprietà ottiche dei semiconduttori, " disse Shi, che è anche membro del dipartimento di elettricità, computer, e ingegneria dei sistemi a Rensselaer. "Ora abbiamo scoperto che può essere effettivamente utilizzato per l'archiviazione e l'elaborazione di informazioni quantistiche".

Una delle proprietà eccitanti dell'eccitone in WSe2, Egli ha detto, è un nuovo grado di libertà quantistico che è diventato noto come "spin di valle", una libertà di movimento estesa per le particelle che è stata studiata per l'informatica quantistica. Ma, Shi ha spiegato, gli eccitoni in genere non hanno una lunga durata, che li rende poco pratici.

In una precedente pubblicazione in Comunicazioni sulla natura , Shi e il suo team hanno scoperto uno speciale eccitone "oscuro" che in genere non può essere visto ma ha una vita più lunga. La sua sfida è che l'eccitone "oscuro" manca del grado di libertà quantistico di "spin di valle".

In questa ricerca più recente Shi e il suo team hanno scoperto come illuminare l'eccitone "oscuro"; questo è, per far interagire l'eccitone "oscuro" con un'altra quasiparticella nota come fonone per creare una quasiparticella completamente nuova che abbia entrambe le proprietà desiderate dai ricercatori.

"Abbiamo trovato il punto debole, " disse Shi. "Abbiamo trovato una nuova quasiparticella che ha un grado di libertà quantico e anche una lunga durata, ecco perché è così eccitante. Abbiamo la proprietà quantistica dell'eccitone "brillante", ma hanno anche la lunga durata dell'eccitone 'oscuro'."

I risultati della squadra, Shi ha detto, gettare le basi per lo sviluppo futuro verso la prossima generazione di dispositivi di elaborazione e archiviazione.

A Rensselaer, Shi è stato affiancato in questa pubblicazione dallo studioso post-dottorato Zhipeng Li e dagli studenti laureati Tianmeng Wang e Zhen Lian, tutti dal dipartimento di ingegneria chimica e biologica. Questa ricerca è stata condotta anche in stretta collaborazione con il National High Magnetic Field Lab e altri istituti di ricerca.