13:49 2022-05-26
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Capcane cuantice reglabile pentru excitoni
_ Capcane cuantice reglabile pentru excitoni< /h3>
Cercetătorii de la ETH Zurich au reușit pentru prima dată să capteze excitonii — cvasiparticule constând din electroni încărcați negativ și găuri încărcate pozitiv — într-un material semiconductor folosind câmpuri electrice controlabile. Noua tehnică este importantă pentru crearea surselor de un singur foton, precum și pentru cercetarea de bază.
În materialele semiconductoare, curentul electric poate fi condus atât de electroni, cât și de găuri încărcate pozitiv sau electroni lipsă. Lumina care lovește materialul poate, de asemenea, excita electronii într-o bandă de energie mai mare, lăsând în urmă o gaură în banda originală. Prin atracția electrostatică, electronul și gaura se combină acum pentru a crea un așa-numit exciton, o cvasiparticulă care, în ansamblu, se comportă ca o particulă neutră. Datorită neutralității lor, până acum a fost dificil să rețin excitonii într-un anumit punct din interiorul unui material.
O echipă de oameni de știință condusă de Ataç Imamoğlu, profesor la Departamentul de Fizică, Puneet Murthy, postdoc în Grupul și David Norris, profesor la Departamentul de Inginerie Mecanică și a Proceselor, au reușit acum pentru prima dată să capteze excitonii într-un spațiu mic folosind câmpuri electrice controlabile și să demonstreze, de asemenea, cuantizarea mișcării lor. Cercetătorii speră că rezultatele lor, publicate recent în revista științifică Nature, vor duce la progrese către aplicații în tehnologii optice, precum și la noi perspective asupra fenomenelor fizice fundamentale.
O interfață importantă
p> „Excitonii joacă un rol important la interfața dintre semiconductori și lumină”, spune Murthy. Ele sunt utilizate, de exemplu, în senzori de lumină, celule solare sau chiar surse noi de fotoni unici pentru tehnologiile cuantice. Prinderea lor într-un mod controlat a fost un obiectiv ambițios al cercetării în fizica stării solide de mulți ani.
Cercetătorii de la ETH își creează capcanele de exciton prin intercalarea unui strat subțire de material semiconductor diseleniură de molibden între doi izolatori. și adăugând și electrod în partea de sus și de jos. În această configurație, electrodul superior acoperă doar o parte din material. Ca rezultat, aplicarea unei tensiuni creează un câmp electric a cărui putere depinde de poziția în interiorul materialului. Acest lucru, la rândul său, face ca găurile încărcate pozitiv să se acumuleze în interiorul semiconductorului direct sub electrodul superior, în timp ce în altă parte se adună electroni încărcați negativ. În planul semiconductorului, un câmp electric apare astfel între aceste două zone.
Mișcarea excitonului cuantizat
„Acest câmp electric, care se modifică puternic pe o distanță scurtă, poate foarte prinde în mod eficient excitonii în material”, explică Deepankur Thureja, Ph.D. student și autor principal al lucrării care a efectuat experimentele împreună cu Murthy. Deși excitonii sunt neutri din punct de vedere electric, ei pot fi polarizați de câmpuri electrice, ceea ce înseamnă că electronul și gaura excitonului sunt trase puțin mai departe. Rezultă un câmp dipol electric, care interacționează cu câmpul extern și exercită astfel o forță asupra excitonului.
Pentru a demonstra experimental că acest principiu funcționează de fapt, cercetătorii au iluminat materialul cu lumină laser de lungimi de undă diferite și au măsurat reflexia luminii în fiecare caz. Făcând acest lucru, ei au observat o serie de rezonanțe, ceea ce înseamnă că la anumite lungimi de undă lumina era reflectată mai puternic decât se aștepta. În plus, rezonanțele ar putea fi reglate prin schimbarea tensiunii de pe electrozi. „Pentru noi, acesta a fost un semn clar că câmpurile electrice au creat o capcană pentru excitoni și că mișcarea excitonilor din interiorul acelei capcane a fost cuantificată”, spune Thureja. Cuantizat aici înseamnă că excitonii pot lua doar anumite stări de energie bine definite, la fel ca electronii din interiorul unui atom. Din pozițiile rezonanțelor, Imamoğlu și colegii săi au putut deduce că capcana de exciton creată de câmpurile electrice avea o lățime mai mică de zece nanometri.
Aplicații în procesarea informațiilor cuantice
Astfel de excitoni puternic prinși sunt extrem de importanți atât pentru aplicații practice, cât și pentru întrebările de bază, spune Murthy: „Capcanele de exciton controlabile electric erau o verigă lipsă în lanț până acum”. De exemplu, fizicienii pot acum lega împreună mulți astfel de excitoni prinși și îi pot ajusta în așa fel încât să emită fotoni având exact aceleași proprietăți. „Aceasta ar permite să se creeze surse identice de un singur foton pentru procesarea informațiilor cuantice”, explică Murthy. Și Imamoğlu adaugă: „Aceste capcane deschid, de asemenea, noi perspective pentru cercetarea de bază. Printre altele, ne vor permite să studiem stările de neechilibru ale excitonilor care interacționează puternic.”
Comentarii:
Adauga Comentariu