Las tecnologías futuras basadas en los principios de la mecánica cuántica podrían revolucionar la tecnología de la información. Pero para darse cuenta de los dispositivos del mañana, los físicos de hoy deben desarrollar plataformas precisas y confiables para atrapar y manipular partículas de mecánica cuántica.
en un artículo publicado el 25 de febrero en la revista Naturaleza , un equipo de físicos de la Universidad de Washington, la Universidad de Hong Kong, el Laboratorio Nacional Oak Ridge y la Universidad de Tennessee, informan que han desarrollado un nuevo sistema para atrapar excitones individuales. Estos son pares de electrones unidos ysus cargas positivas asociadas, conocidas como agujeros, que se pueden producir cuando los semiconductores absorben la luz. Los excitones son candidatos prometedores para desarrollar nuevas tecnologías cuánticas que podrían revolucionar los campos de la computación y las comunicaciones.
El equipo, dirigido por Xiaodong Xu, profesor distinguido de física y ciencia de los materiales en Boeing de la UW, trabajó con dos semiconductores 2D de una sola capa, diselenuro de molibdeno y diselenuro de tungsteno, que tienen disposiciones similares de panal de átomos en unplano único. Cuando los investigadores colocaron estos materiales 2D juntos, un pequeño giro entre las dos capas creó una estructura de "superrejilla" conocida como un patrón de muaré, un patrón geométrico periódico cuando se ve desde arriba. Los investigadores descubrieron que, a temperaturas apenasAlgunos grados por encima del cero absoluto, este patrón de moiré creó un paisaje texturizado a nivel de nanoescala, similar a los hoyuelos en la superficie de una pelota de golf, que puede atrapar excitones en su lugar como huevos en un cartón de huevos. Su sistema podría formar la base de unPlataforma experimental novedosa para monitorear excitones con precisión y potencialmente desarrollar nuevas tecnologías cuánticas, dijo Xu, quien también es investigador de la facultad de Energía Limpia de la Universidad de Washington.Instituto
Los excitones son candidatos interesantes para la comunicación y las tecnologías informáticas porque interactúan con los fotones, paquetes individuales o cuantos de luz, de manera que cambian las propiedades de los excitones y los fotones. Se puede producir un excitón cuando un semiconductor absorbe un fotón.El excitón también puede transformarse más tarde en un fotón, pero cuando se produce un excitón por primera vez, puede heredar algunas propiedades específicas del fotón individual, como el espín. Estas propiedades pueden ser manipuladas por los investigadores, como cambiar la dirección del espín conun campo magnético. Cuando el excitón se convierte nuevamente en un fotón, el fotón retiene información sobre cómo las propiedades del excitón cambiaron durante su corta vida típicamente, alrededor de cien nanosegundos para estos excitones en el semiconductor.
Para utilizar las propiedades de "registro de información" de excitones individuales en cualquier aplicación tecnológica, los investigadores necesitan un sistema para atrapar excitones individuales. El patrón de muaré cumple este requisito. Sin él, los excitones diminutos, que se consideran menos de2 nanómetros de diámetro, podrían difundirse en cualquier parte de la muestra, haciendo imposible rastrear excitones individuales y la información que poseen. Mientras que los científicos habían desarrollado previamente enfoques complejos y sensibles para atrapar varios excitones cerca uno del otro, el patrón de muaré desarrollado por elEl equipo dirigido por UW es esencialmente una matriz 2D formada naturalmente que puede atrapar cientos de excitones, si no más, con cada uno actuando como un punto cuántico, el primero en física cuántica.
Una característica única e innovadora de este sistema es que las propiedades de estas trampas y, por lo tanto, los excitones, pueden controlarse mediante un giro. Cuando los investigadores cambiaron el ángulo de rotación entre los dos semiconductores 2D diferentes, observaron diferentes propiedades ópticas enexcitones. Por ejemplo, los excitones en muestras con ángulos de giro de cero y 60 grados mostraron momentos magnéticos sorprendentemente diferentes, así como diferentes helicidades de emisión de luz polarizada. Después de examinar múltiples muestras, los investigadores pudieron identificar estas variaciones de ángulo de giro como "huellas digitales""de excitones atrapados en un patrón de moiré.
En el futuro, los investigadores esperan estudiar sistemáticamente los efectos de las pequeñas variaciones del ángulo de giro, que pueden ajustar con precisión el espacio entre las trampas de excitones: los hoyuelos del cartón de huevos. Los científicos podrían establecer la longitud de onda del patrón de muaré lo suficientemente grande como para sondear excitones enaislamiento o lo suficientemente pequeño como para que los excitones se coloquen juntos y puedan "hablar" entre sí. Este nivel de precisión, el primero de su tipo, puede permitir a los científicos investigar las propiedades mecánicas cuánticas de los excitones a medida que interactúan, lo que podría fomentar el desarrollode tecnologías innovadoras, dijo Xu.
"En principio, estos potenciales muaré podrían funcionar como conjuntos de puntos cuánticos homogéneos", dijo Xu. "Esta plataforma cuántica artificial es un sistema muy emocionante para ejercer un control de precisión sobre los excitones, con efectos de interacción diseñados y posibles propiedades topológicas, quepodría conducir a nuevos tipos de dispositivos basados en la nueva física "
"El futuro es muy color de rosa", agregó Xu
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Original escrito por James Urton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :