Investigadores de la Universidad de Valencia (UV) han descubierto un semiconductor bidimensional que tiene sus excitones orientados de una manera novedosa, allanando el camino para la generación de chips fotónicos integrados.

La segunda revolución cuántica que está teniendo lugar hoy está siendo liderada en Europa por el programa Quantum Flagship, que pretende llevar los procesos cuánticos del laboratorio al mercado. En los nuevos materiales bidimensionales, como el grafeno o semiconductores bidimensionales, Los fenómenos cuánticos abandonan su campo tradicional de bajas temperaturas para aparecer incluso a temperatura ambiente. Este hecho, que es muy inusual, ha contribuido a que los semiconductores bidimensionales sean uno de los principales focos de Quantum Flagship para crear tecnologías disruptivas que dan paso a dispositivos comercializables que aprovechan las propiedades cuánticas de la luz y la materia con, por ejemplo, usos en el campo del cifrado de señales y comunicaciones seguras.

En semiconductores, la partícula responsable de los procesos de absorción y emisión de luz es el agujero de electrones conocido como excitón. Conocer y controlar las propiedades de los excitones en semiconductores bidimensionales es clave para el desarrollo de tecnologías cuánticas que se van a desarrollar en el marco del Quantum Flagship. En la medida en que la distribución de los excitones de un semiconductor bidimensional por sí misma pueda definir qué tipo de dispositivo optoelectrónico se puede fabricar para aprovechar la luz cuántica que puede emitir el semiconductor bidimensional.

Los excitones de los semiconductores estudiados hasta ahora tienen una orientación esencialmente horizontal, con los beneficios y limitaciones que esto conlleva. Sin embargo, un grupo de investigación del Instituto de Ciencia de los Materiales (ICMUV) y del Departamento de Física Aplicada y Electromagnetismo de la Universidad de Valencia (UV), en colaboración con un grupo de la Universidad Heriot-Watt del Reino Unido, han demostrado que los excitones del semiconductor bidimensional de seleniuro de indio (InSe) están orientados perpendicularmente al plano atómico, a diferencia del resto de semiconductores bidimensionales descubiertos hasta ahora.

Esta nueva orientación de los excitones abre las puertas a la creación de dispositivos optoelectrónicos planos basados ​​en materiales bidimensionales donde la luz cuántica emitida horizontalmente puede ser sostenida y transportada con relativa facilidad a través de las escamas de InSe estratificadas.

El grupo del ICMUV y el Departamento de Física Aplicada, integrado por Daniel Andrés Penares, Rodolfo Enrique Canet Albiach, Marie Krecmarová, Alejandro Molina Sánchez, Juan P. Martínez Pastor y Juan F. Sánchez Royo, participa en uno de los 20 consorcios elegidos para la primera fase del Quantum Flagship. Lo han hecho con su proyecto llamado S2QUIP "Fotónica integrada cuántica bidimensional escalable, donde desarrollarán circuitos de fotónica cuántica integrando materiales semiconductores bidimensionales que sean compatibles con la tecnología CMOS, se utiliza a menudo en la fabricación de circuitos integrados tradicionales. Desarrollado en este marco, el trabajo podría resolver muchos de los cuellos de botella descritos por los planes de trabajo de los EE. UU. y la UE para el desarrollo de tecnología comercializable para información cuántica.