Araştırma ekibi elektroniği geleceğe taşımak için eksileri kullanıyor

Anonim

Excitons, mühendislerin elektronik sistemlere yaklaşım biçimlerinde devrim yaratabilirdi. EPFL araştırmacılarından oluşan bir ekip, elektronlar yerine eksitonlar kullanan yeni bir tip transistör (devrenin bileşenlerinden biri) yaratmıştır. Özellikle, eksiton bazlı transistör, oda sıcaklığında etkili bir şekilde, şimdiye kadar aşılamaz bir engel olarak işlev görür. Bunu, yarı iletkenler olarak iki adet 2-D malzeme kullanarak başardılar. Bugün Nature'da yayınlanan çalışmalarının, fotonik ve spintroniklerin yanında umut verici yeni bir çalışma alanı olan eksiyetonik alanında çok sayıda etkisi vardır.

EPFL'nin Nanoscale Electronics and Structures (LANES) Laboratuvarı'na başkanlık eden Andras Kis, “Araştırmalarımız, eksilerini manipüle ederek, elektroniğe tamamen yeni bir yaklaşım getirdiğimizi gösterdi. "Tam olarak bilmediğimiz, tamamen yeni bir çalışma alanının ortaya çıkışına tanık oluyoruz."

Bu atılım, daha az enerji tüketen ve mevcut cihazlardan daha küçük ve hızlı olan optoelektronik cihazların sahnesini belirler. Ayrıca, optik iletim ve elektronik veri işleme sistemlerini aynı cihaza entegre etmek mümkün olacak, bu da gerekli işlem sayısını azaltacak ve sistemleri daha verimli hale getirecektir.

Yüksek enerji seviyesi

Eksitonlar aslında quasipartiküllerdir, terimler, maddenin kendisinden ziyade belirli bir maddeyi oluşturan parçacıklar arasındaki etkileşimi tanımlamak için kullanılır. Eksitonlar bir elektron ve bir elektron deliğinden oluşur. Elektron bir fotonu emdiğinde ve daha yüksek bir enerji seviyesine ulaştığında ikisi birbirine bağlanır; "heyecanlı" elektron, önceki enerji seviyesinde, band teorisinde bir değerlik bandı olarak adlandırılan bir deliğin ardında kalır. Bu delik, aynı zamanda bir quasiparticle, bu gruptaki eksik elektronun bir göstergesidir.

Elektron negatif yüklü olduğu ve deliğin pozitif yüklü olduğu için, iki parçacık bir elektrostatik kuvvetle bağlı kalır. Elektron ve delik arasındaki bu bağ Coulomb cazibe denir. Ve bu gerginlik ve denge durumunda, bir eksiton oluştururlar. Elektron sonunda deliğe geri döndüğünde, foton yayar. Ve bununla birlikte, exciton var olmaktan çıkar. Daha basit bir ifadeyle, bir foton, devrenin bir ucuna girer ve diğerine gelir; içerideyken, bir parçacık gibi davranan bir eksitona neden olur.

Çift başarı

Sadece son zamanlarda araştırmacılar elektronik devreler bağlamında eksitonların özelliklerine bakmaya başladılar. Eksitonlardaki enerji her zaman çok kırılgan olarak düşünülmüş ve eksiton ömrü bu alandaki herhangi bir gerçek ilgiye çok kısa olmuştur. Ek olarak, eksitonlar çok düşük sıcaklıklarda (yaklaşık -173 derece C) devrelerde üretilip kontrol edilebilir.

Devrim, EPFL araştırmacılarının, ekosistemlerin yaşam sürelerini nasıl kontrol edeceklerini ve onları nasıl hareket ettireceklerini keşfettiklerinde ortaya çıktı. Bunu iki 2-D malzeme kullanarak yaptılar: tungsten diselenide (WSe 2) ve molibden disülfid (MoS 2). Kis, "Bu malzemelerdeki ekkiler özellikle güçlü bir elektrostatik bağ sergiler ve daha da önemlisi, oda sıcaklığında hızla yok olmazlar" diye açıklıyor.

Araştırmacılar ayrıca, elektronların her zaman MoS 2'ye yollarını bulduklarında ve WSe 2'de delikler her zaman bittiği için sömürücülerin ömrünü önemli ölçüde uzatabiliyorlardı. Araştırmacılar, eksitonları yarı iletken katmanları boron nitrür (BN) ile koruyarak daha uzun süre devam ettirdiler.

Kis, "İki tarafın geleneksel parçacıktan daha uzak olduğu özel bir eksiton yarattık" diyor. "Bu, elektronun deliğe ve ışığa dönüştüğü süreci geciktirir. Bu noktada, eksitonlar dipol formunda biraz daha uzun süre kaldıklarında, bir elektrik alanı kullanılarak kontrol edilip hareket ettirilebilirler."

menu
menu