控制激子新方法有望催生更节能电子设备

2019-01-09 08:32

控制激子新方法有望催生更节能电子设备

科学家发现了控制激子的新方法图片来源：EPFL官网

据瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）官网近日报道，继首次发现室温下控制激子（exciton）流的方法之后，该校科学家更进一步，找到了新方法来控制激子的某些特性并改变它们产生的光的偏振，有望催生更节能的电子设备。

当电子吸收光并跃迁到更高能级或能带时，受激的电子在其先前的能带中留下一个“电子空穴”。由于电子带负电荷而空穴带正电荷，两者会通过库仑力结合在一起。这种“电子—空穴对”就被称为激子。

激子仅存在于半导体和绝缘材料中。它们非凡的特性可以在二维材料内轻松获得。二维材料的基本结构仅几个原子厚，最常见的二维材料是石墨烯和辉钼矿。当二维材料结合在一起时，它们通常会表现出单一材料本身都不具备的量子特性。有鉴于此，EPFL纳米电子与结构实验室（LANES）的科学家将二硒化钨（WSe2）与二硒化钼（MoSe2）结合起来，并对其中的层间激子进行电气控制与偏振切换，揭示了一系列可能应用于高科技的新特性。

在最新研究中，该团队使用激光产生具有圆偏振的光束，并稍微改变这两种材料的位置，借助激子来改变和调节光的偏振、波长和强度。具体来说，他们通过操纵激子的一个特性——“谷”（“谷电子学”名称的由来）实现了上述目标，“谷”与电子和空穴的极端能量有关，可用于纳米级别信息的编码和处理。

LANES负责人安德拉斯·基斯说：“让几台采用这种技术的设备相接，将为我们提供一种新的数据处理方法。通过改变给定设备中光的偏振特性，我们可以在与之连接的第二设备中选择一个特定的谷。这类似于从0切换到1或从1切换到0，这正是计算中所采用的基本二进制逻辑。”

最新研究将催生晶体管能耗与发热更少的新一代电子器件，并成为方兴未艾的“谷电子学”领域的一部分。