Teadusuuringute meeskond kasutab eksitoneid, et elektroonikat tulevikus kasutada

WIFI - milleks praadida? (Aprill 2019).

Anonim

Ekstsitoonid võivad muuta inseneride lähenemisviisi elektroonikale. EPFLi teadlaste meeskond on loonud uut tüüpi transistori, mis on üks elementide asemel ahelaid, mis kasutavad eksitoneid elektronide asemel. Nimelt toimib nende eksitonipõhine transistor tõhusalt toatemperatuuril, seni ületamatuks takistuseks. Nad saavutasid selle, kasutades pooljuhtega kahte 2-D materjali. Nende uuringus, mis ilmus täna Nature'is, on mitmeid tegureid eksitonika valdkonnas, mis on paljutõotav uus fotonika ja spintronics-uuringute valdkond.

"Meie uuringud näitasid, et manipuleerides eksitonetega, võtsime me kasutusele täiesti uue lähenemise elektroonikale, " ütleb Andreas Kis, kes juhib EPFLi nanoskaaluelektroonika ja -konstruktsioonide laboratooriumi (LANES). "Oleme tunnistajaks täiesti uue õppevaldkonna tekkimisele, mille täielikku ulatust me veel ei tea."

See läbimurre seab optoelektrooniliste seadmete etapi, mis tarbivad vähem energiat ja on mõlemad väiksemad ja kiiremad kui praegused seadmed. Lisaks on optiliste ülekande- ja elektrooniliste andmetöötlussüsteemide integreerimine samasse seadmesse, mis vähendab vajalike toimingute arvu ja muudab süsteemid tõhusamaks.

Kõrgem energiatase

Ekstsitoonid on tegelikult kvaasipartiklid, termin, mida kasutatakse konkreetse aine moodustavate osakeste vastastikuse mõju kirjeldamiseks, mitte ainena. Ekstsitoonid koosnevad elektronist ja elektronide aukudest. Need kaks siduvad, kui elektron neelab footoni ja saavutab kõrgema energia taseme; "põnevil" elektron jääb eelneva energiataseme auku taga, mida bänditeoorias nimetatakse valentsribaks. See ava, ka kvaasosakest, näitab puuduvat elektroni selles bändis.

Kuna elektron on negatiivselt laetud ja auk on positiivselt laetud, jäävad need kaks osakest elektrodaalse jõu seotuks. Seda sidet elektroni ja ava vahel nimetatakse Coulombi atraktsiooniks. Ja just selles pinge ja tasakaalu tingimustes moodustavad nad eksitoni. Kui elektron satub lõpuks auku, siis see kiirgab footoni. Sellega kaob eksiton eksisteerima. Lihtsamalt öeldes läheb teise ringi ühes otsas foon ja teine ​​välja; samas sees tekib eksitoon, mis toimib nagu osakestega.

Kahekordne edu

Alles hiljuti on teadlased hakanud uurima eksitonide omadusi elektrooniliste ahelate kontekstis. Exitonide energiat peeti alati liiga habras ja eksitoni eluiga oli liiga lühike, et sellel alal tõeliselt huvi saada. Lisaks võib eksitone toota ja kontrollida ainult väga madalatel temperatuuridel (umbes -173 ° C).

Läbilaskmine toimus siis, kui EPFLi teadlased avastasid, kuidas kontrollida eksitonite eluiga ja kuidas neid ümber paigutada. Nad tegid seda, kasutades kahte 2-D materjali: volfram-diseleniidi (WSe 2) ja molübdeendi disulfiidi (MoS 2). "Nende materjalide eksitonid omavad eriti tugevat elektrostaatilist sidet ja veelgi olulisem on see, et neid ei hävitata toatemperatuuril kiiresti, " selgitab Kis.

Uurijad suutsid oluliselt pikendada eksitonite eluea pikkust, kasutades ära asjaolu, et elektronid leidsid alati MoS-ile teed 2, samal ajal kui avad jõudsid alati WSe 2- sse. Uurijad hoidsid, et eksitonid lähevad veelgi pikemaks, kaitstes pooljuhtide kihte boornitriidiga (BN).

"Oleme loonud eritüübi eksitoni, kus kaks külge on kaugemal kui tavapärases osakeses, " ütleb Kis. "See viib viivituse protsessi, kus elektron naaseb auku ja tekib valgus. Sel hetkel, kui eksitonid jäävad veidi pikemaks ajaks dipoolsesse vormi, saab neid elektrivälja abil juhtida ja liigutada."

menu
menu