Nascoste all'interno di innumerevoli materiali ci sono proprietà preziose che consentiranno la prossima generazione di tecnologie, come l'informatica quantistica e le celle solari migliorate.

Al Rensselaer Polytechnic Institute, ricercatori che lavorano all'intersezione della scienza dei materiali, Ingegneria Chimica, e la fisica stanno scoprendo modi nuovi e innovativi per sbloccare quelle abilità promettenti e utili usando la luce, temperatura, pressione, o campi magnetici.

La rivoluzionaria scoperta di una versione ottica dell'effetto hall quantistico (QHE), pubblicato oggi in Revisione fisica X, dimostra la leadership di Rensselaer in questo campo di ricerca vitale.

QHE è una differenza di tensione meccanica che si crea quando un semiconduttore bidimensionale viene posto in un grande campo magnetico. Il campo magnetico fa muovere gli elettroni in modo tale che la corrente non fluisca più attraverso l'intero semiconduttore, solo sui bordi.

Il fenomeno è stato un importante campo di studio, portando a numerosi premi Nobel e numerose innovazioni tecnologiche. Ciò che è meno compreso, disse Sufei Shi, un assistente professore di ingegneria chimica e biologica a Rensselaer, è la quantizzazione degli eccitoni, una particella promettente trovata all'interno dei dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD) che si forma quando la luce colpisce un semiconduttore e una particella carica positivamente si lega a una particella caricata negativamente. Il forte legame che unisce queste due particelle contiene una notevole quantità di energia.

Shi ha concentrato gran parte della sua ricerca su questa nuova frontiera, comprendere che l'eccitone ha il potenziale per essere sfruttato per una moltitudine di applicazioni, compreso il calcolo quantistico, memoria di archiviazione, e persino la raccolta di energia solare. Shi e il suo laboratorio hanno lavorato a un processo per fabbricare semiconduttori bidimensionali estremamente puliti e di alta qualità da TMD, così possono studiare le loro proprietà intrinseche. Quel lavoro di base ha portato a questa scoperta più recente.

In questa ricerca, Shi e il suo laboratorio hanno studiato l'eccitone in presenza di un grande campo magnetico, inducendo la quantizzazione dell'energia nota come quantizzazione di Landau, un effetto che in precedenza era difficile da vedere otticamente.

Questo lavoro dimostra la versione ottica del QHE per gli eccitoni, e Shi crede che aprirà la porta per ulteriori scoperte e applicazioni.

"Fondamentalmente, questo è qualcosa di completamente nuovo e migliorerà notevolmente la nostra comprensione degli eccitoni nel regime quantistico, un'area che non comprendiamo ancora del tutto, " ha detto Shi. "Speriamo che questo possa ispirare molte persone a lavorare in questa direzione per vedere una nuova fisica quantistica, qualcosa che non ci aspettavamo nemmeno prima".