Investigadores del Instituto Politécnico de Rensselaer han ideado una forma de manipular el diselenuro de tungsteno (WSe2), un material bidimensional prometedor, para desbloquear aún más su potencial para habilitar más rápido, informática más eficiente, e incluso procesamiento y almacenamiento de información cuántica. Sus hallazgos fueron publicados hoy en Comunicaciones de la naturaleza .

A traves del globo, Los investigadores se han centrado mucho en una clase de dos dimensiones, materiales semiconductores atómicamente delgados conocidos como dicalcogenuros de metales de transición monocapa. Estos materiales semiconductores atómicamente delgados, de menos de 1 nm de espesor, son atractivos a medida que la industria intenta hacer que los dispositivos sean más pequeños y con mayor eficiencia energética.

"Es un paradigma completamente nuevo, "dijo Sufei Shi, profesor asistente de ingeniería química y biológica en Rensselaer y autor correspondiente del artículo. "Las ventajas podrían ser enormes".

Shi y su equipo de investigación, en asociación con el personal de las instalaciones de la sala limpia dentro del Centro de Materiales, Dispositivos, y sistemas integrados en Rensselaer, han desarrollado un método para aislar estas capas delgadas de WSe2 de los cristales para que puedan apilarlos sobre otros materiales atómicamente delgados como el nitruro de boro y el grafeno.

Cuando la capa de WSe2 se intercala entre dos escamas de nitruro de boro e interactúa con la luz, Shi dijo, ocurre un proceso único. A diferencia de un semiconductor tradicional, los electrones y los huecos se unen fuertemente y forman una cuasipartícula de carga neutra llamada excitón.

"El excitón es probablemente uno de los conceptos más importantes en la interacción luz-materia. Entender que es fundamental para la recolección de energía solar, dispositivos de diodos emisores de luz eficientes, y casi todo lo relacionado con las propiedades ópticas de los semiconductores, "dijo Shi, quien también es miembro del departamento de electricidad, computadora, e ingeniería de sistemas en Rensselaer. "Ahora hemos descubierto que en realidad se puede utilizar para el almacenamiento y procesamiento de información cuántica".

Una de las interesantes propiedades del excitón en WSe2, él dijo, es un nuevo grado cuántico de libertad que se conoce como "giro de valle", una libertad de movimiento ampliada para las partículas que se ha estudiado para la computación cuántica. Pero, Shi explicó, los excitones no suelen tener una vida útil prolongada, lo que los hace poco prácticos.

En una publicación anterior en Comunicaciones de la naturaleza , Shi y su equipo descubrieron un excitón "oscuro" especial que normalmente no se puede ver pero tiene una vida útil más larga. Su desafío es que el excitón "oscuro" carece del grado cuántico de libertad del "giro del valle".

En esta investigación más reciente, Shi y su equipo descubrieron cómo iluminar el excitón "oscuro"; es decir, hacer que el excitón "oscuro" interactúe con otra cuasipartícula conocida como fonón para crear una cuasipartícula completamente nueva que tenga las dos propiedades que los investigadores desean.

"Encontramos el punto óptimo, ", Dijo Shi." Encontramos una nueva cuasipartícula que tiene un grado cuántico de libertad y también una vida útil prolongada, por eso es tan emocionante. Tenemos la propiedad cuántica del excitón 'brillante', pero también tienen la larga vida útil del excitón 'oscuro' ".

Los hallazgos del equipo, Shi dijo, sienta las bases para el desarrollo futuro hacia la próxima generación de dispositivos de almacenamiento y computación.

En Rensselaer, A Shi se unieron en esta publicación el erudito postdoctoral Zhipeng Li y los estudiantes graduados Tianmeng Wang y Zhen Lian, todo desde el departamento de ingeniería química y biológica. Esta investigación también se realizó en estrecha colaboración con el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético y otras instituciones de investigación.