控制激子新方法有望催生更節(jié)能電子設(shè)備 揭示應(yīng)用于高科技的新特性

據(jù)瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，繼首次發(fā)現(xiàn)室溫下控制激子(exciton)流的方法之后，該校科學(xué)家更進(jìn)一步，找到了新方法來(lái)控制激子的某些特性并改變它們產(chǎn)生的光的偏振，有望催生更節(jié)能的電子設(shè)備。

當(dāng)電子吸收光并躍遷到更高能級(jí)或能帶時(shí)，受激的電子在其先前的能帶中留下一個(gè)“電子空穴”。由于電子帶負(fù)電荷而空穴帶正電荷，兩者會(huì)通過(guò)庫(kù)侖力結(jié)合在一起。這種“電子—空穴對(duì)”就被稱(chēng)為激子。

激子僅存在于半導(dǎo)體和絕緣材料中。它們非凡的特性可以在二維材料內(nèi)輕松獲得。二維材料的基本結(jié)構(gòu)僅幾個(gè)原子厚，最常見(jiàn)的二維材料是石墨烯和輝鉬礦。當(dāng)二維材料結(jié)合在一起時(shí)，它們通常會(huì)表現(xiàn)出單一材料本身都不具備的量子特性。有鑒于此，EPFL納米電子與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室(LANES)的科學(xué)家將二硒化鎢(WSe2)與二硒化鉬(MoSe2)結(jié)合起來(lái)，并對(duì)其中的層間激子進(jìn)行電氣控制與偏振切換，揭示了一系列可能應(yīng)用于高科技的新特性。

在最新研究中，該團(tuán)隊(duì)使用激光產(chǎn)生具有圓偏振的光束，并稍微改變這兩種材料的位置，借助激子來(lái)改變和調(diào)節(jié)光的偏振、波長(zhǎng)和強(qiáng)度。具體來(lái)說(shuō)，他們通過(guò)操縱激子的一個(gè)特性——“谷”(“谷電子學(xué)”名稱(chēng)的由來(lái))實(shí)現(xiàn)了上述目標(biāo)，“谷”與電子和空穴的極端能量有關(guān)，可用于納米級(jí)別信息的編碼和處理。

LANES負(fù)責(zé)人安德拉斯·基斯說(shuō)：“讓幾臺(tái)采用這種技術(shù)的設(shè)備相接，將為我們提供一種新的數(shù)據(jù)處理方法。通過(guò)改變給定設(shè)備中光的偏振特性，我們可以在與之連接的第二設(shè)備中選擇一個(gè)特定的谷。這類(lèi)似于從0切換到1或從1切換到0，這正是計(jì)算中所采用的基本二進(jìn)制邏輯。”

最新研究將催生晶體管能耗與發(fā)熱更少的新一代電子器件，并成為方興未艾的“谷電子學(xué)”領(lǐng)域的一部分。