Los excitones podrían revolucionar la forma en que los ingenieros se acercan a la electrónica. Un equipo de investigadores de EPFL ha creado un nuevo tipo de transistor, uno de los componentes de los circuitos, que usa estas partículas en lugar de electrones. Lo que es notable es que su transistor basado en excitónfunciona eficazmente a temperatura ambiente, un obstáculo hasta ahora insuperable. Lo lograron utilizando dos materiales 2D como semiconductores. Su estudio, que se publicó hoy en Naturaleza , tiene numerosas implicaciones en el campo de los excitónicos, una de las nuevas áreas de estudio más prometedoras junto con la fotónica y la espintrónica.
"Nuestra investigación demostró que, al manipular excitones, habíamos encontrado un enfoque completamente nuevo para la electrónica", dice Andras Kis, quien dirige el Laboratorio de Electrónica y Estructuras a Nanoescala LANES de EPFL. "Estamos presenciando la aparición de un sistema totalmentenuevo campo de estudio, cuyo alcance completo aún no conocemos "
Este avance establece el escenario para dispositivos optoelectrónicos que consumen menos energía y son más pequeños y rápidos que los dispositivos actuales. Además, será posible integrar la transmisión óptica y los sistemas electrónicos de procesamiento de datos en el mismo dispositivo, lo que reducirácantidad de operaciones necesarias y hacer que los sistemas sean más eficientes.
mayor nivel de energía
Los excitones son en realidad cuasipartículas, un término utilizado para describir la interacción entre las partículas que componen una sustancia determinada en lugar de la sustancia en sí. Los excitones consisten en un electrón y un agujero electrónico. Los dos están unidos cuando el electrón absorbe un fotóny logra un mayor nivel de energía: el electrón "excitado" deja un agujero en el nivel de energía anterior, que, en teoría de banda, se llama banda de valencia. Este agujero, también una cuasipartícula, es una indicación del electrón perdidoen esta banda
Dado que el electrón está cargado negativamente y el agujero está cargado positivamente, las dos partículas permanecen unidas por una fuerza electrostática. Este enlace entre el electrón y el agujero se llama atracción de Coulomb. Y es en este estado de tensión y equilibrio queforman un excitón. Cuando el electrón finalmente vuelve a caer en el agujero, emite un fotón. Y con eso, el excitón deja de existir. En pocas palabras, un fotón entra en un extremo del circuito y sale por el otro;adentro, da lugar a un excitón que actúa como una partícula.
Doble éxito
Es solo recientemente que los investigadores han comenzado a analizar las propiedades de los excitones en el contexto de los circuitos electrónicos. La energía en los excitones siempre se consideró demasiado frágil y la vida útil de los excitones demasiado corta para ser de verdadero interés en este dominioAdemás, los excitones solo podían producirse y controlarse en circuitos a temperaturas extremadamente bajas alrededor de -173 ºC.
El avance se produjo cuando los investigadores de la EPFL Dmitrii Unuchek, Alberto Ciarrocchi, Ahmet Avsar y Andras Kis descubrieron cómo controlar la vida útil de los excitones y cómo moverlos. Lo hicieron mediante el uso de dos materiales 2D: diselenuro de tungstenoWSe 2 y disulfuro de molibdeno MoS 2 ."Los excitones en estos materiales exhiben un enlace electrostático particularmente fuerte y, lo que es más importante, no se destruyen rápidamente a temperatura ambiente", explica Kis.
Los investigadores también pudieron alargar significativamente la vida útil de los excitones al usar el hecho de que los electrones siempre encontraron su camino hacia el MoS 2 mientras que los agujeros siempre terminaban en el WSe 2 . Y, trabajando con dos investigadores japoneses Takashi Taniguchi y Kenji Watanabe, mantuvieron los excitones aún más largos al proteger las capas de semiconductores con nitruro de boro BN.
"Creamos un tipo especial de excitón, donde los dos lados están más separados que en la partícula convencional", dice el investigador. "Esto retrasa el proceso en el que el electrón regresa al agujero y se produce la luz. Es en este momentopunto, cuando los excitones permanecen en forma de dipolo por un poco más de tiempo, que se pueden controlar y mover usando un campo eléctrico ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :