Giosuè Lui (a sinistra), Erfu Liu (al centro), e Geremia van Baren. Attestazione:UCR/Stan Lim
Un team di ricerca internazionale guidato da scienziati dell'Università della California, lungo il fiume, ha osservato l'emissione di luce da un nuovo tipo di transizione tra valli elettroniche, note come trasmissioni intervallate.
La ricerca fornisce un nuovo modo di leggere le informazioni sulla valle, potenzialmente portando a nuovi tipi di dispositivi.
L'attuale tecnologia dei semiconduttori utilizza la carica elettronica o la rotazione per memorizzare ed elaborare le informazioni; le tecnologie associate sono chiamate elettronica e spintronica, rispettivamente. Alcuni semiconduttori contengono valli di energia locale nella loro struttura a banda elettronica che possono essere utilizzate per codificare, processi, e memorizzare le informazioni, dando vita a un nuovo tipo di tecnologia chiamata valleytronics.
"Valleytronics fornisce un percorso alternativo per progettare sistemi informativi oltre all'elettronica convenzionale e alla spintronica, " disse Chun Hung "Joshua" Lui, un assistente professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia presso l'UC Riverside, che ha condotto la ricerca sulle transizioni intervallate nel diseleniuro di tungsteno monostrato (WSe 2 ). "Il nostro nuovo lavoro può accelerare lo sviluppo di Valleytronics."
Monostrato WSe 2 è un materiale valleytronic promettente perché possiede due valli con caratteristiche dinamiche opposte nella struttura a bande. Inoltre, questo materiale può interagire fortemente con la luce, promettente per applicazioni Valleytronic otticamente controllabili.
Eccitoni
Quando monostrato WSe 2 assorbe un fotone, un elettrone legato può essere liberato in una valle, lasciandosi dietro una vacanza di elettroni, o buco. Poiché il buco si comporta come un elettrone con carica positiva, l'elettrone e la lacuna possono attrarsi l'un l'altro per formare uno stato legato chiamato eccitone. un tale eccitone, con il suo elettrone e la lacuna nella stessa valle, prende il nome di eccitone intravalle. L'attuale ricerca sugli eccitoni nei semiconduttori di valle monostrato si concentra principalmente sugli eccitoni intravalliali, che può emettere luce.
Un elettrone e una lacuna in valli opposte possono anche formare un eccitone, chiamato un eccitone intervallato, che è un nuovo componente in valleytronics. La legge di conservazione della quantità di moto, però, impedisce a un elettrone e a una lacuna in valli opposte di ricombinarsi direttamente per emettere luce. Di conseguenza, gli eccitoni intervallati sono "scuri" e nascosti nello spettro ottico.
Il team di ricerca guidato dall'UCR ha ora osservato l'emissione di luce dagli eccitoni intervallati in WSe . monostrato 2 . Il team ha scoperto che sebbene gli eccitoni intervallati siano intrinsecamente scuri, possono emettere una quantità significativa di luce con l'assistenza di difetti o vibrazioni reticolari nel materiale.
"La dispersione con difetti o vibrazioni del reticolo può compensare il disallineamento del momento tra un elettrone e un buco in valli opposte, " Disse Lui. "Ci permette di osservare l'emissione luminosa degli eccitoni intervallati."
"Sebbene il processo implichi la dispersione con difetti o vibrazioni reticolari, l'emissione di luce intervallata è polarizzata circolarmente, " disse Erfu Liu, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Lui e il primo autore del documento di ricerca. "Tale polarizzazione circolare della luce ci consente di identificare la configurazione della valle degli eccitoni. Questa configurazione della valle leggibile otticamente è fondamentale per rendere gli eccitoni intervallati utili per le applicazioni della valletronica".
Trioni
Oltre agli eccitoni, monostrato WSe 2 ospita anche trioni, che consistono di due elettroni e un foro o due fori e un elettrone. I Trion hanno anche configurazioni di valle ben definite per le applicazioni Valleytronic. Rispetto agli eccitoni a carica neutra, il moto dei trioni può essere controllato da un campo elettrico a causa della loro carica elettrica netta.
Un trione può generalmente decadere attraverso due percorsi. Per esempio, per un trione costituito da una coppia elettrone-lacuna intravalle e una lacuna nella valle opposta a decadere, l'elettrone può scegliere di ricombinarsi con il buco nella stessa valle o con il buco nella valle opposta. Ciò dà origine a due diversi percorsi di decadimento del trione con ricombinazione elettrone-lacuna intravalle e intervallata. Il decadimento del trione intravalle è stato molto studiato, ma il decadimento del trione intervallato non è stato finora riportato.
Il team guidato dall'UCR ha mostrato per la prima volta il decadimento del trione intervallato.
"Anche se un trione può decadere sia per decadimento intravalle che per intervallo, le due transizioni hanno la stessa energia e sono difficilmente distinguibili nello spettro ottico, " disse Lui. "Ma quando viene applicato un campo magnetico, le energie delle transizioni intravalle e intervallate diventeranno diverse."
Il team ha effettuato gli esperimenti presso il National High Magnetic Field Laboratory di Tallahassee, Florida. Mostrano sia i percorsi di decadimento intravalle che intervallati dei trioni.
"I nostri risultati forniscono una più completa, immagine multipercorso della dinamica dei trioni in WSe . monostrato 2 , " disse Geremia van Baren, uno studente laureato nel laboratorio di Lui, che condivide uguale paternità con Liu. "Si basano sulla descrizione a percorso singolo esistente dei trioni in materiali 2-D e sono fondamentali per promuovere la scienza e la tecnologia valleytronica basate sui trioni".
Il documento di ricerca, pubblicato in Lettere di revisione fisica , è intitolato "Ricombinazione ottica multipercorso di eccitoni e trioni oscuri intervallati in monostrato WSe 2 ." Risultati correlati sono stati recentemente riportati da altri due gruppi di ricerca guidati da scienziati del Rensselaer Polytechnic Institute e dell'Università di Washington.
