A fizikusok lelete forradalmasíthatja az információátadást

A csapat a sötét trionokat azonosítja a kvantuminformációk következő hordozójaként

Haladjon félre, elektronok; itt az ideje, hogy utat engedjen a trionnak.

A Riverside-i Kaliforniai Egyetem fizikusai által vezetett kutatócsoport sötét trionokat figyelt meg, jellemzett és kontrollált egy félvezetőben - ultrakönnyű egyrétegű volfrám-diszelenid (WSe2) - olyan bravúr, amely növelheti a kapacitást és megváltoztathatja a formáját információátadás.

Egy félvezetőben, például a WSe2-ben a trion három töltött részecske kvantumhoz kötött állapota. A negatív trion két elektront és egy lyukat tartalmaz; egy pozitív trion két lyukat és egy elektront tartalmaz. A lyuk egy elektron megüresedése egy félvezetőben, amely pozitív töltésű részecskeként viselkedik. Mivel a trion három kölcsönhatásban lévő részecskét tartalmaz, sokkal több információt képes hordozni, mint egyetlen elektron.

A legtöbb elektronika manapság egyedi elektronokat használ az áram vezetésére és az információk továbbítására. Mivel a trionok nettó elektromos töltést hordoznak, mozgásukat elektromos mező vezérelheti. A Trions ezért felhasználható információhordozóként is. Az egyes elektronokhoz képest a trionok szabályozható spin- és impulzusindexekkel és gazdag belső szerkezettel rendelkeznek, amelyek felhasználhatók információk kódolására.

A trionok világos és sötét trionokba sorolhatók, különféle spin-konfigurációkkal. A fényes trion tartalmaz egy elektront és egy lyukat ellentétes pörgésekkel. A sötét trion tartalmaz egy elektront és egy lyukat ugyanazzal a pörgéssel. A fényes trionok erősen párosulnak, és hatékonyan bocsátanak ki fényt, vagyis gyorsan elbomlanak. A sötét trionok azonban gyengén kapcsolódnak a fényhez, vagyis sokkal lassabban bomlanak le, mint a fényes trionok.

A kutatók megmérték a sötét trionok élettartamát, és megállapították, hogy azok több mint 100-szor hosszabbak, mint a gyakoribb fényes trionok. A hosszú élettartam lehetővé teszi az információk trionok általi továbbítását sokkal nagyobb távolságon keresztül.

"Munkánk lehetővé teszi a trion információk fényben történő írását és olvasását" - mondta Chun Hung (Joshua) Lui, az UC Riverside fizikai és csillagászati adjunktusa, aki a kutatást vezette. "Kétféle triont generálhatunk - sötét és világos trionokat -, és szabályozhatjuk, hogyan kódolják bennük az információkat."

A kutatás eredményeit a Physical Review Letters folyóirat publikálja.

"Eredményeink lehetővé tehetik az információátadás új módjait" - mondta Erfu Liu, a kutatási cikk első szerzője és Lui laboratóriumi posztdoktori kutatója. "A sötét trionok hosszú élettartamukkal hozzájárulhatnak a trionok általi információátvitel megvalósításához. Csakúgy, mint az otthoni Wi-Fi sávszélesség növelése, a trionos átvitel is több információ átadását teszi lehetővé, mint az egyes elektronok."

A kutatók egyetlen réteg WSe2 atomot használtak, amely hasonlít a grafén lapra, mert a WSe2 sötét trion energiaszintje a fényes trion energiaszint alatt van. A sötét trionok ezért nagy populációt halmozhatnak fel, lehetővé téve a detektálást.

Lui elmagyarázta, hogy a legtöbb trionkutatás manapság a fényes trionokra összpontosít, mivel ezek annyi fényt bocsátanak ki és könnyen mérhetők.

"De a sötét trionokra és azok részletes viselkedésére összpontosítunk az egyrétegű WSe2 eszközök különböző töltéssűrűségei alatt" - mondta Lui. "A pozitív sötét trionoktól a negatív sötét trionokig tartó folyamatos hangolást be tudtuk mutatni egy külső feszültség egyszerű beállításával. A sötét trionok különféle spin-konfigurációját a világos trionoktól is meg tudtuk erősíteni.

"Ha trionokat tudunk felhasználni információk továbbítására, az információs technológiánk jelentősen gazdagabb lesz" - tette hozzá. "Egy ilyen fejlődés legfőbb akadálya a fényes trionok rövid élettartama volt. Most a hosszú életű sötét trionok segíthetnek ezen akadály leküzdésében."

Ezután csapata azt tervezi, hogy bemutatja az információ tényleges szállítását sötét trionokkal.

"Bemutatni kívánjuk az első működő eszközt, amely sötét trionokat használ az információk továbbítására" - mondta Lui. "Ha egy ilyen prototípusú trion eszköz működik, akkor a sötét trionok felhasználhatók kvantum információk továbbítására."

A kutatást UCR startup alapok támogatták.

Lui és Liu csatlakozott a tanulmányhoz Jeremiah van Baren és Mashael M. Altaiary, az UCR részéről; Zhengguang Lu és Dmitry Smirnov, a floridai Nemzeti Magas Mágneses Tér Laboratórium; Takashi Taniguchi és Kenji Watanabe, a Nemzeti Anyagtudományi Intézet, Japán.