Si scopre che un eccitone scuro (azzurro) nel monostrato WSe2 decade in vibrazioni luminose (rosso) e atomiche (blu) con polarizzazione circolare opposta. Credito:Erfu Liu, UC Riverside
Un team di ricerca internazionale guidato da fisici dell'Università della California, lungo il fiume, ha rivelato un nuovo processo quantistico in valleytronics che può accelerare lo sviluppo di questa tecnologia abbastanza nuova.
Valleytronics, un portmanteau di "valle" ed "elettronica, " utilizza i minimi energetici locali, o valli, nella struttura elettronica della banda dei semiconduttori. L'attuale tecnologia dei semiconduttori utilizza la carica o lo spin elettronici per memorizzare ed elaborare le informazioni. In alcuni semiconduttori, però, le valli degli elettroni sono usate per codificare, processi, e memorizzare le informazioni. I sistemi Valleytronic hanno il potenziale per offrire schemi di elaborazione delle informazioni superiori alle tecnologie dei semiconduttori basate su carica e spin.
Il team di ricerca guidato dalla UC Riverside si è concentrato sul diseleniuro di tungsteno monostrato (WSe 2 ), un semiconduttore bidimensionale con due valli elettroniche distinte. Gli elettroni eccitati tendono a rilassarsi e ad accumularsi in una delle valli per acquisire un indice di valle (K o K'). Gli indici di valle possono essere utilizzati per rappresentare uno e zero per codificare le informazioni, proprio come la carica elettrica viene utilizzata nella tecnologia attuale.
Eccitoni e trioni possono anche occupare le valli in monostrato WSe 2 ed essere utilizzato per trasmettere informazioni sulla valle. Un eccitone è uno stato quantistico legato di un elettrone e di una lacuna elettronica. Un trione è uno stato quantistico di tre particelle cariche. Monostrato WSe 2 ospita eccitoni o trioni luminosi e scuri con diverse configurazioni di spin; luminoso decadono rapidamente in luce, mentre l'oscurità decade lentamente in luce.
"Lo sviluppo di Valleytronics richiede stati di valle stabili e una facile identificazione degli indici di valle, " disse Chun Hung "Joshua" Lui, un assistente professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia presso l'UC Riverside, che ha condotto la ricerca. "Eccitoni e trioni oscuri in monostrato WSe 2 hanno una durata molto più lunga e una migliore stabilità della valle rispetto ai comuni eccitoni e trioni luminosi. Gli oscuri eccitoni e trioni, perciò, fungono da candidati eccellenti per le applicazioni Valleytronic."
Lui ha spiegato che fino ad ora nessun metodo poteva leggere gli indici di valle degli eccitoni e dei trioni oscuri perché la loro emissione di luce da entrambe le valli ha esattamente la stessa energia e polarizzazione, rendendo le due valli indistinguibili l'una dall'altra. Il team di ricerca di Lui ha ora superato questo ostacolo identificando una quantità fisica misurabile in grado di distinguere i due indici di valle di eccitoni e trioni oscuri.
"Abbiamo osservato un nuovo processo di decadimento di eccitoni e trioni oscuri nel monostrato WSe 2 , che ci permette di identificare i loro indici di valle, " Disse Lui. "Un eccitone o un trione oscuro può decadere in una coppia di fotoni e fononi con una caratteristica impronta di valle".
Un fotone è un quanto di un'onda elettromagnetica. Può avere polarizzazione lineare o chirale quando il campo elettromagnetico oscilla o ruota. La direzione di rotazione del campo elettromagnetico determina se un fotone chirale è destrorso o sinistrorso. Allo stesso modo, un fonone è un quanto di vibrazione atomica nel materiale. La vibrazione atomica di solito comporta l'oscillazione lineare degli atomi. Ma in alcuni casi particolari, gli atomi possono ruotare per produrre i cosiddetti fononi chirali. La direzione di rotazione atomica determina se un fonone chirale è destrorso o mancino.
"Abbiamo scoperto che l'eccitone oscuro nella valle K decade in un fotone destrorso e un fonone sinistrorso, considerando che l'eccitone oscuro nella valle K' opposta decade in un fotone sinistrorso e un fonone destrorso, " Disse Lui. "La manualità del fotone emesso è una chiara firma degli indici di valle degli eccitoni e dei trioni oscuri."
Lui ha aggiunto che la capacità di leggere le valli dello stato oscuro potrebbe facilitare l'esplorazione delle dinamiche delle valli dello stato oscuro e delle applicazioni nella tecnologia valleytronic.
Lo studio appare in Ricerca sulla revisione fisica , una rivista ad accesso libero.
