L'immagine mostra la generazione ottica di trioni in diseleniuro di tungsteno a strato singolo. Credito:Erfu Liu, UC Riverside.
Scostare, elettroni; è ora di far posto al trionfo.
Un gruppo di ricerca guidato da fisici dell'Università della California, lungo il fiume, ha osservato, caratterizzato, e trioni oscuri controllati in un semiconduttore:diseleniuro di tungsteno a strato singolo ultrapulito (WSe 2 ), un'impresa che potrebbe aumentare la capacità e alterare la forma di trasmissione delle informazioni.
In un semiconduttore, come WSe 2 , un trione è uno stato quantistico di tre particelle cariche. Un trione negativo contiene due elettroni e una lacuna; un trione positivo contiene due lacune e un elettrone. Un buco è la vacanza di un elettrone in un semiconduttore, che si comporta come una particella carica positivamente. Poiché un trione contiene tre particelle interagenti, può trasportare molte più informazioni di un singolo elettrone.
La maggior parte dell'elettronica oggi utilizza singoli elettroni per condurre elettricità e trasmettere informazioni. Poiché i trioni portano una carica elettrica netta, il loro moto può essere controllato da un campo elettrico. I trioni possono, perciò, essere utilizzati anche come portatori di informazioni. Rispetto ai singoli elettroni, i trioni hanno indici di spin e quantità di moto controllabili e una ricca struttura interna, che può essere utilizzato per codificare le informazioni.
I trioni possono essere classificati in trioni luminosi e scuri con configurazioni di spin distinte. Un trione luminoso contiene un elettrone e una lacuna con spin opposti. Un trione oscuro contiene un elettrone e una lacuna con lo stesso spin. I trioni luminosi si accoppiano fortemente per illuminare ed emettere luce in modo efficiente, nel senso che decadono rapidamente. Trioni oscuri, però, accoppiarsi debolmente alla luce, il che significa che decadono molto più lentamente dei trioni luminosi.
I ricercatori hanno misurato la durata dei trioni oscuri e hanno scoperto che durano più di 100 volte più a lungo dei più comuni trioni luminosi. La lunga durata consente la trasmissione di informazioni da parte di trioni su una distanza molto più lunga.
"Il nostro lavoro consente la scrittura e la lettura di informazioni su trion tramite la luce, " disse Chun Hung (Joshua) Lui, un assistente professore di fisica e astronomia alla UC Riverside, che ha condotto la ricerca. "Possiamo generare due tipi di trioni—trioni scuri e luminosi—e controllare come le informazioni sono codificate in essi".
I risultati della ricerca sono pubblicati sulla rivista Lettere di revisione fisica .
Chun Hung (Joshua) Lui (sinistra) e Erfu Liu. Credito:I. Pittalwala, UC Riverside.
"I nostri risultati potrebbero consentire nuovi modi di trasmissione delle informazioni, " disse Erfu Liu, il primo autore del documento di ricerca, e un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Lui. "Trioni oscuri, con la loro lunga vita, può aiutarci a realizzare la trasmissione di informazioni per trioni. Proprio come aumentare la larghezza di banda Wi-Fi a casa, la trasmissione del trione consente di ottenere più informazioni rispetto ai singoli elettroni".
I ricercatori hanno utilizzato un singolo strato di WSe 2 atomi, simile a un foglio di grafene, perché il livello di energia del Trione Oscuro in WSe 2 si trova al di sotto del livello di energia del trione luminoso. I trioni oscuri possono quindi accumulare una grande popolazione, consentendo il loro rilevamento.
Lui ha spiegato che la maggior parte delle ricerche sui trioni oggi si concentra sui trioni luminosi perché emettono così tanta luce e possono essere facilmente misurati.
"Ma ci concentriamo sui trioni oscuri e sul loro comportamento dettagliato con diverse densità di carica in WSe . a strato singolo 2 dispositivi, " Ha detto Lui. "Siamo stati in grado di dimostrare una sintonizzazione continua da trioni oscuri positivi a trioni oscuri negativi semplicemente regolando una tensione esterna. Siamo stati anche in grado di confermare la distinta configurazione di spin dei trioni oscuri rispetto ai trioni luminosi.
"Se possiamo usare i trioni per trasmettere informazioni, la nostra tecnologia dell'informazione sarà notevolmente arricchita, " ha aggiunto. "Il principale ostacolo in tale sviluppo è stata la breve vita di trioni brillanti. Ora i longevi trioni oscuri possono aiutarci a superare questo ostacolo".
Prossimo, la sua squadra ha in programma di dimostrare l'effettivo trasporto di informazioni da parte dei trioni oscuri.
"Intendiamo dimostrare il primo dispositivo funzionante che utilizza trioni oscuri per trasportare informazioni, " disse Lui. "Se un tale prototipo di dispositivo trion funziona, I trioni oscuri possono quindi essere utilizzati per trasportare informazioni quantistiche".
