A csapat leleplezi a sötét trionokat, a kvantuminformáció következő hordozójaként

dark trions
Egy kutatócsoport megfigyelte, jellemezte és szabályozta a félvezető – ultrakönnyű, egyrétegű volfrám diszelenid – sötét trionjait, ami növelheti a kapacitást és megváltoztathatja az információátadás formáját.
Fotó: springernature.com

Elektronok Félre! Itt az ideje, hogy helyet csináljatok a trionoknak.😀

A Kaliforniai Egyetem fizikusai által vezetett kutatócsoport, a Riverside Egyetem, megfigyelte, jellemezte és szabályozta a félvezető – ultrakönnyű, egyrétegű volfrám-diszelenid (WSe2) sötét trionjait -, amely növelheti a kapacitást és megváltoztathatj az információ továbbításának formáját.

Egy félvezetőben, például a WSe2-ben a trion három töltött részecske kvantumkötésű. A negatív trion két elektronot és egy lyukat tartalmaz; egy pozitív trion két lyukat és egy elektronot tartalmaz. Egy lyuk az elektron hiánya egy félvezetőben, amely pozitív töltésű részecskeként viselkedik. Mivel a trion három egymásra ható részecskét tartalmaz, sokkal több információt hordozhat, mint egy egyszerű elektron.

A legtöbb elektronika manapság egyedi elektronokat használ az elektromos áram vezetésére és az információk továbbítására. Mivel a trionok nettó elektromos töltést hordoznak, mozgásuk elektromos mezővel szabályozható. Ezért a trionokat információs hordozóként is használhatjuk. Az egyes elektronokhoz képest a trionok szabályozható centrifugálási és impulzusindexekkel és gazdag belső szerkezettel rendelkeznek, amelyek az információ kódolására használhatók.

A trionok világos és sötét trionokba sorolhatók, különböző forgású konfigurációkkal. Egy fényes trion egy elektront és egy ellentétes forgással ellátott lyukat tartalmaz. Egy sötét trion egy elektront és egy azonos forgású lyukat tartalmaz. A fényes trionok erősen kapcsolódnak a fényhez, és hatékonyan bocsátanak ki fényt, ami azt jelenti, hogy gyorsan bomlanak. A sötét trionok azonban gyengén párosulnak a fényhez, ami azt jelenti, hogy sokkal lassabban bomlanak, mint a fényes trionok.

A kutatók megmérték a sötét trionok élettartamát és megállapították, hogy több mint 100-szor hosszabbak, mint a leggyakoribb fényes trionok. A hosszú élettartam hosszabb távon teszi lehetővé az információ továbbítását.

Munkánk lehetővé teszi a trion információ írását és olvasását fény segítségével. Kétféle triont tudunk előállítani – sötét és fényes trionokat -, és szabályozhatjuk, hogy az információ hogyan legyen kódolva bennük.

– mondta Chun Hung (Joshua) Lui, az UC Riverside fizikai és csillagászati adjunktusa.

A kutatás eredményei megjelennek a Physical Review Letters folyóiratban.

Eredményeink lehetővé teszik az információátadás új módjait. A sötét trionok hosszú élettartamukkal segíthetnek számunkra az információk továbbításában a trions segítségével. Csakúgy, mint a Wi-Fi sávszélességének növelése otthon, a trion átvitel lehetővé teszi, hogy több információ jusson át, mint az egyes elektronokon.

– mondta Erfu Liu, a kutatási cikk első szerzője, és posztdoktori kutatója Lui laborjában.

A kutatók egyetlen réteg WSe2 atomot használtak, amely egy grafénlapra hasonlít, mivel a sötét trion energiaszint a WSe2-ben a fényes trion energiaszint alatt van. A sötét trionok tehát nagy populációban képesek felhalmozódni, lehetővé téve ezek kimutatását.

Lui elmagyarázta, hogy a legtöbb trion kutatás ma a fényes trionra összpontosít, mert rengeteg fényt bocsát ki, és ezért könnyen mérhető.

De mi a sötét trionokra és azok részletes viselkedésére koncentrálunk különböző töltési sűrűségek mellett az egyrétegű WSe2 eszközökön. Egy külső feszültséget egyszerűen beállíthattunk a pozitív sötét trionoktól a negatív sötét trionokig. A fényes trionoktól a sötét trionok különböző forgási-konfigurációját is meg tudtuk erősíteni. Ha információt tudunk adni a trionok segítségével, információs technológiánk nagyban gazdagodik. Az ilyen fejlődés egyik fő akadálya a fényes trionok rövid élettartama volt. Most a hosszú életű sötét trionok küzdhetik le ezt az akadályt.

– mondta Lui.

Ezután a csapat azt tervezi, hogy bizonyítsa az információ tényleges szállítási képességét a sötét trionok segítségével.

Be szeretnénk mutatni az első olyan munkaeszközt, amely sötét trionokat használ az információk szállításához. Ha egy ilyen prototípus eszköz működik, akkor a sötét trionok felhasználhatók lesznek a kvantuminformációk szállítására is.

– tette hozzá Lui.

A kutatást  a UCR támogatta.

Lui és Liu csatlakozott Jeremiah van Baren és Mashael M. Altaiary UCR tanulmányához; Zhengguang Lu és Dmitrij Smirnov a Nemzeti Magasmágneses Terepi Laboratóriumból, Florida; Takashi Taniguchi és Kenji Watanabe, a Nemzeti Anyagtudományi Intézet, Japán.

Borítókép: sciencedaily.com

HOZZÁSZÓLOK A CIKKHEZ

Please enter your comment!
Please enter your name here