Alles wat we ervaren is gemaakt van licht en materie. En de interactie tussen de twee kan fascinerende effecten opleveren. Bijvoorbeeld, het kan resulteren in de vorming van speciale quasideeltjes, polaritonen genoemd, die een combinatie zijn van licht en materie. Een team van het Centrum voor Theoretische Fysica van Complexe Systemen, binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS), het gedrag van polaritonen in microholtes gemodelleerd, nanostructuren gemaakt van een halfgeleidermateriaal ingeklemd tussen speciale spiegels (Bragg-spiegels). Gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , dit onderzoek brengt nieuwe ideeën naar het opkomende Valleytronics-veld.

Ontstaan ​​uit de koppeling van licht (fotonen) en materie (gebonden toestand van elektronen en gaten bekend als excitonen), polaritonen hebben kenmerken van elk. Ze worden gevormd wanneer een lichtstraal van een bepaalde frequentie heen en weer kaatst in microholtes, waardoor de snelle onderlinge omzetting tussen licht en materie en resulterend in polaritons met een korte levensduur. "Je kunt je deze quasideeltjes voorstellen als golven die je in water maakt, ze bewegen harmonieus samen, maar ze duren niet erg lang. De korte levensduur van polaritonen in dit systeem is te wijten aan de eigenschappen van de fotonen, " legt de heer Meng Sun uit, eerste auteur van de studie.

Onderzoekers bestuderen polaritons in microholtes om te begrijpen hoe hun eigenschappen kunnen worden benut om beter te presteren dan de huidige halfgeleidertechnologieën. Moderne opto-elektronica lezen, Verwerken, en informatie op te slaan door de stroom van deeltjes te regelen, maar op zoek naar nieuwe, efficiëntere alternatieven, andere parameters, zoals de zogenaamde 'valleien' zouden kunnen worden beschouwd. Valleien kunnen worden gevisualiseerd door de energie van de polaritonen uit te zetten tegen hun momentum. Valleytronics streeft ernaar de eigenschappen van de valleien in sommige materialen te controleren, zoals overgangsmetaal dichalcogeniden (TMDC's), indium gallium aluminiumarsenide (InGaAlAs), en grafeen.

Het kunnen manipuleren van hun kenmerken zou leiden tot afstembare valleien met twee duidelijk verschillende toestanden, overeenkomend met bijvoorbeeld 1 bit en 0 bit, zoals aan-uit toestanden in computers en digitale communicatie. Een manier om valleien met hetzelfde energieniveau te onderscheiden, is door valleien met verschillende polarisatie te verkrijgen, zodat elektronen (of polaritonen) bij voorkeur de ene vallei zouden bezetten boven de andere. IBS-wetenschappers hebben een theoretisch model voor valleipolarisatie gegenereerd dat nuttig zou kunnen zijn voor valleytronics.

Hoewel polaritonen worden gevormd door de koppeling van fotonen en excitonen, het onderzoeksteam heeft de twee componenten onafhankelijk van elkaar gemodelleerd. "Het afzonderlijk modelleren van potentiële profielen van fotonen en excitonen is de sleutel om te ontdekken waar ze elkaar overlappen, en bepaal vervolgens de minimale energieposities waar valleien voorkomen, " wijst Zon.

Een cruciaal kenmerk van dit systeem is dat polaritons bepaalde eigenschappen kunnen erven, zoals polarisatie. Valleien met verschillende polarisatie ontstaan ​​spontaan wanneer rekening wordt gehouden met de splitsing van de transversale (d.w.z. loodrechte) elektronische en magnetische modi van de lichtbundel (TE-TM-splitsing).

Aangezien dit theoretische model voorspelt dat valleien met tegengestelde polarisatie kunnen worden onderscheiden en afgestemd, in principe, verschillende valleien kunnen selectief worden geëxciteerd door een gepolariseerd laserlicht, wat leidt tot een mogelijke toepassing in valleytronics.