Un excitón oscuro (azul claro) en la monocapa WSe2 se descompone en luz (rojo) y vibraciones atómicas (azul) con polarización circular opuesta. Crédito:Erfu Liu, UC Riverside
Un equipo de investigación internacional dirigido por físicos de la Universidad de California, Orilla, ha revelado un nuevo proceso cuántico en Valleytronics que puede acelerar el desarrollo de esta tecnología relativamente nueva.
Valleytronics, un acrónimo de "valle" y "electrónica, "utiliza mínimos de energía local, o valles, en la estructura de banda electrónica de los semiconductores. La tecnología de semiconductores actual utiliza carga electrónica o espín para almacenar y procesar información. En algunos semiconductores, sin embargo, los valles de los electrones se utilizan para codificar, proceso, y almacenar información. Los sistemas Valleytronic tienen el potencial de ofrecer esquemas de procesamiento de información que son superiores a las tecnologías de semiconductores basadas en carga y espín.
El equipo de investigación dirigido por UC Riverside se centró en diselenuro de tungsteno monocapa (WSe 2 ), un semiconductor bidimensional con dos valles electrónicos distintos. Los electrones excitados tienden a relajarse y acumularse en uno de los valles para adquirir un índice de valle (K o K '). Los índices de valle se pueden usar para representar uno y cero para codificar información, al igual que la carga eléctrica se usa en la tecnología actual.
Los excitones y triones también pueden ocupar los valles en monocapa WSe 2 y utilizarse para transmitir información del valle. Un excitón es un estado cuántico ligado de un electrón y un agujero de electrones. Un trión es un estado cuántico ligado de tres partículas cargadas. WSe monocapa 2 alberga excitones o triones brillantes y oscuros con diferentes configuraciones de espín; brillante decadencia rápidamente en luz, mientras que la oscuridad decae lentamente hacia la luz.
"El desarrollo de valleytronics requiere estados de valle estables y una fácil identificación de los índices de valle, "dijo Chun Hung" Joshua "Lui, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía de UC Riverside, quien dirigió la investigación. "Excitones oscuros y triones en monocapa WSe 2 tienen una vida útil mucho más larga y una mejor estabilidad en el valle que los excitones y triones brillantes comunes. Los oscuros excitones y triones por lo tanto, sirven como excelentes candidatos para las aplicaciones de Valleytronic ".
Lui explicó que hasta ahora ningún método podía leer los índices de valle de los excitones oscuros y triones porque su emisión de luz de cualquiera de los valles tiene exactamente la misma energía y polarización. haciendo que los dos valles sean indistinguibles entre sí. El equipo de investigación de Lui ha superado este obstáculo al identificar una cantidad física medible que puede distinguir los dos índices de valle de excitones oscuros y triones.
"Observamos un nuevo proceso de desintegración de excitones oscuros y triones en WSe monocapa 2 , lo que nos permite identificar sus índices de valle, "Dijo Lui." Un excitón oscuro o trión puede descomponerse en un par de fotones y fonones con una firma de valle distintiva ".
Un fotón es un cuanto de una onda electromagnética. Puede tener polarización lineal o quiral cuando el campo electromagnético oscila o gira. La dirección de rotación del campo electromagnético determina si un fotón quiral es diestro o zurdo. Similar, un fonón es un cuanto de vibración atómica en el material. La vibración atómica generalmente implica una oscilación lineal de átomos. Pero en algunos casos especiales, los átomos pueden rotar para producir los llamados fonones quirales. La dirección de rotación atómica determina si un fonón quiral es diestro o zurdo.
"Descubrimos que el excitón oscuro en el valle K se descompone en un fotón derecho y un fonón izquierdo, mientras que el excitón oscuro en el valle K 'opuesto se desintegra en un fotón zurdo y un fonón derecho, "Dijo Lui." La lateralidad del fotón emitido es una clara firma de los índices del valle de los excitones y triones oscuros ".
Lui agregó que la capacidad de leer los valles del estado oscuro podría facilitar la exploración de la dinámica y las aplicaciones de los valles del estado oscuro en la tecnología Valleytronic.
El estudio aparece en Investigación de revisión física , una revista de acceso abierto.
