Raziskovalna skupina uporablja ekscitone za elektroniko v prihodnost

Sorodstvena diskriminacija pri bakterijah - Raziskovalni dosežek Univerze v Ljubljani 2016 (Junij 2019).

Anonim

Eksitoni bi lahko spremenili način, kako inženirji pristopajo k elektroniki. Skupina raziskovalcev EPFL je ustvarila novo vrsto tranzistorja - eno od komponent vezij - z uporabo eksitonov namesto elektronov. Predvsem je njihov tranzistor na osnovi excitona učinkovito pri sobni temperaturi, doslej nepremostljiva ovira. To so dosegli z uporabo dveh 2-D materialov kot polprevodnikov. Njihova študija, ki je bila danes objavljena v Naravi, ima številne posledice na področju eksitonike, obetavnega novega področja študija poleg fotonike in spintronike.

"Naše raziskave so pokazale, da smo z manipulacijo z eksitoni prišli do popolnoma novega pristopa do elektronike, " pravi Andras Kis, vodja EPFL-jevega Laboratorija za nanosne elektronike in strukture (LANES). "Priča smo pojavu povsem novega področja študija, katerega celoten obseg še ne vemo".

Ta preboj določa fazo za optoelektronske naprave, ki porabijo manj energije in so manjše in hitreje od sedanjih naprav. Poleg tega bo mogoče v isto napravo vključiti optične in elektronske sisteme za obdelavo podatkov, kar bo zmanjšalo število potrebnih operacij in povečalo učinkovitost sistemov.

Višja raven energije

Eksitoni so dejansko kvazipoduli, izraz, ki se uporablja za opis interakcije med delci, ki tvorijo dano snov, in ne snov same. Eksitoni so sestavljeni iz elektronov in elektronske luknje. Obe sta povezani, ko elektron absorbira foton in doseže višjo raven energije; "vzburjen" elektron oddaja luknjo v prejšnji stopnji energije, ki se v teoriji pasov imenuje valenčni pas. Ta luknja, tudi kvazipartikel, je znak manjkajočega elektronika v tem pasu.

Ker je elektron negativno napolnjen in luknja pozitivno napolnjena, sta dva delca vezana z elektrostatično silo. Ta vez med elektronom in luknjo se imenuje Coulombova privlačnost. In v tem stanju napetosti in ravnovesja tvorijo eksiton. Ko se elektron spet vrne v luknjo, oddaja foton. In s tem, eksiton preneha obstajati. Enostavno postavite foton na en konec tokokroga in izide drugi; medtem ko znotraj, povzroči eksiton, ki deluje kot delec.

Dvojni uspeh

Šele pred kratkim so raziskovalci začeli iskati lastnosti eksitonov v kontekstu elektronskih vezij. Energija v eksitonih se je vedno zdela preveč krhka in življenjska doba excitona je bila prekratka, da bi bila resnično zanimiva za to področje. Poleg tega se lahko eksitoni proizvajajo in nadzirajo le v zelo nizkih temperaturah (okoli -173 stopinj C).

Preboj je prišel, ko so raziskovalci EPFL odkrili, kako nadzirati življenjsko dobo eksitonov in kako jih premikati. To so storili z uporabo dveh 2-D materialov: volframovega diselenida (WSe 2) in molibden disulfida (MoS 2). "Eksitoni v teh materialih kažejo posebno močno elektrostatično vez in, kar je še pomembneje, jih ni mogoče hitro uničiti pri sobni temperaturi, " pojasnjuje Kis.

Raziskovalci so lahko znatno podaljšali življenjsko dobo eksitonov z izkoriščanjem dejstva, da so elektroni vedno našli pot do MoS 2, medtem ko so se luknje vedno končale v WSe 2. Raziskovalci ohranjajo eksitone še dlje, tako da zaščitijo polprevodniške sloje z bornim nitridom (BN).

"Ustvarili smo posebno vrsto eksitona, kjer sta obe strani bolj narazen kot v običajnih delcih, " pravi Kis. "To zamuja proces, v katerem se elektron vrača v luknjo in proizvede svetlobo. V tem trenutku, ko eksitoni ostanejo v dipolni obliki nekoliko dlje, jih je mogoče nadzorovati in premikati z uporabo električnega polja."

menu
menu