Onderzoekers van Valencia Unviersity (UV) hebben een tweedimensionale halfgeleider ontdekt waarvan de excitonen op een nieuwe manier zijn georiënteerd, de weg vrijmaakt voor de generatie van geïntegreerde fotonische chips.

De tweede kwantitatieve revolutie die vandaag plaatsvindt, wordt in Europa geleid door het Quantum Flagship-programma, die van plan is om kwantitatieve processen van het laboratorium naar de markt te brengen. In de nieuwe tweedimensionale materialen, zoals grafeen of tweedimensionale halfgeleiders, kwantitatieve verschijnselen verlaten hun traditionele veld van lage temperaturen om zelfs bij kamertemperatuur te verschijnen. Dit feit, wat zeer ongebruikelijk is, heeft ertoe bijgedragen dat tweedimensionale halfgeleiders een van de belangrijkste aandachtspunten van Quantum Flagship zijn om disruptieve technologieën te creëren die plaats maken voor verkoopbare apparaten die profiteren van de kwantitatieve eigenschappen van licht en materie met, bijvoorbeeld, toepassingen op het gebied van signaalversleuteling en beveiligde communicatie.

Bij halfgeleiders, het deeltje dat verantwoordelijk is voor de processen van lichtabsorptie en emissie is het elektronengat dat bekend staat als exciton. Het kennen en beheersen van de eigenschappen van excitonen in tweedimensionale halfgeleiders is essentieel voor de ontwikkeling van kwantitatieve technologieën die zullen worden ontwikkeld in het kader van het Quantum Flagship. In de mate dat de verdeling van de excitonen van een tweedimensionale halfgeleider op zichzelf kan bepalen welk type opto-elektronisch apparaat kan worden vervaardigd om te profiteren van het kwantitatieve licht dat de tweedimensionale halfgeleider kan uitzenden.

De tot nu toe bestudeerde excitonen van halfgeleiders hebben een in wezen horizontale oriëntatie, met de voordelen en beperkingen die dit met zich meebrengt. Echter, een onderzoeksgroep van het Material Science Institute (ICMUV) en de afdeling Toegepaste Natuurkunde en Elektromagnetisme van de Universiteit van Valencia (UV), in samenwerking met een groep van de Heriot-Watt University van het Verenigd Koninkrijk, hebben aangetoond dat de excitonen van de indiumselenide (InSe) tweedimensionale halfgeleider loodrecht op het atomaire vlak staan, in tegenstelling tot de rest van tweedimensionale halfgeleiders die tot nu toe zijn ontdekt.

Deze nieuwe oriëntatie van excitonen opent de deuren naar de creatie van platte opto-elektronische apparaten op basis van tweedimensionale materialen waarbij het kwantitatieve licht dat horizontaal wordt uitgestraald, relatief gemakkelijk kan worden vastgehouden en getransporteerd door middel van de gelaagde InSe-vlokken.

De groep van de ICMUV en de faculteit Technische Natuurkunde, bestaande uit Daniel Andrés Penares, Rodolfo Enrique Canet Albiach, Maria Krecmarová, Alejandro Molina Sanchez, Juan P. Martínez Pastor en Juan F. Sánchez Royo, neemt deel aan een van de 20 consortia die zijn gekozen voor de eerste fase van het Quantum Flagship. Ze hebben dit gedaan met hun project genaamd S2QUIP "Scalable Two-Dimensional Quantum Integrated Photonics, " waar ze circuits van kwantitatieve fotonica zullen ontwikkelen door tweedimensionale halfgeleidermaterialen te integreren die compatibel zijn met CMOS-technologie, vaak gebruikt bij de productie van traditionele geïntegreerde schakelingen. Ontwikkeld in dit kader, het werk zou veel van de knelpunten kunnen oplossen die worden beschreven in de werkplannen van de VS en de EU voor de ontwikkeling van verhandelbare technologie voor kwantitatieve informatie.