Gli eccitoni sono quasiparticelle formate dallo stato eccitato degli elettroni e, secondo la ricerca condotta dall'EPFL, hanno il potenziale per aumentare l'efficienza energetica dei nostri dispositivi di tutti i giorni.

È un modo completamente nuovo di pensare all'elettronica. Gli eccitoni, o quasiparticelle che si formano quando gli elettroni assorbono la luce, stanno per rivoluzionare gli elementi costitutivi dei circuiti. Gli scienziati dell'EPFL hanno studiato le loro straordinarie proprietà al fine di progettare sistemi elettronici più efficienti dal punto di vista energetico, e ora hanno trovato un modo per controllare meglio gli eccitoni che si muovono nei semiconduttori. I loro risultati appaiono oggi in Nanotecnologia della natura .

Le quasiparticelle sono fenomeni temporanei risultanti dall'interazione tra due particelle all'interno della materia solida. Gli eccitoni vengono creati quando un elettrone assorbe un fotone e si sposta in uno stato energetico superiore, lasciando dietro di sé un buco nel suo stato energetico precedente (chiamato "banda di valenza" nella teoria delle bande). L'elettrone e la buca elettronica sono legati insieme da forze attrattive, e i due insieme formano quello che viene chiamato un eccitone. Una volta che l'elettrone ricade nel foro, emette un fotone e l'eccitone cessa di esistere.

L'anno scorso, un team di scienziati del Laboratorio di elettronica e strutture su nanoscala (LANES) dell'EPFL ha annunciato di aver sviluppato un transistor, uno dei componenti dei circuiti, che funziona su eccitoni anziché su elettroni (vedi articolo). E per la prima volta, sono riusciti a far funzionare i transistor a temperatura ambiente, un importante passo avanti per lo sviluppo di applicazioni pratiche per questa tecnologia.

Per far durare più a lungo gli eccitoni, gli scienziati hanno sovrapposto due diversi materiali 2-D uno sopra l'altro:diseleniuro di tungsteno (WSe ₂ ) e diseleniuro di molibdeno (MoSe ₂ ). Il materiale risultante aveva una trama scintillante che influenzava il modo in cui le quasiparticelle erano distribuite. "Con questi due materiali, gli eccitoni tendevano a raggrupparsi in luoghi specifici e ad impedire il flusso della corrente, "dice Andras Kis, il capo di LANES e coautore dello studio. Per evitare che ciò accada, questa volta il team di ricerca ha aggiunto uno strato intermedio di nitruro di boro di forma esagonale (h-BN), che consentono loro di vedere più chiaramente gli eccitoni e i loro livelli di energia.

Il team di ricerca ha anche scoperto un modo per polarizzare le correnti di eccitone, il che significa che le quasiparticelle potrebbero eventualmente essere utilizzate per codificare i dati in modo indipendente attraverso le variazioni di magnitudine della corrente e la sua polarizzazione. Ciò apre le porte a un numero ancora maggiore di applicazioni sia nella codifica che nell'elaborazione dei dati a livello nanoscopico.