Opzij schuiven, elektronen; het is tijd om plaats te maken voor de trion.

Een onderzoeksteam onder leiding van natuurkundigen van de Universiteit van Californië, Rivieroever, heeft waargenomen, gekenmerkt, en gecontroleerde donkere trions in een halfgeleider-ultraclean enkellaags wolfraamdiselenide (WSe ₂ ) - een prestatie die de capaciteit zou kunnen vergroten en de vorm van informatieoverdracht zou kunnen veranderen.

In een halfgeleider, zoals WSe ₂ , een trion is een kwantumgebonden toestand van drie geladen deeltjes. Een negatief trion bevat twee elektronen en één gat; een positief trion bevat twee gaten en één elektron. Een gat is de leegte van een elektron in een halfgeleider, dat zich gedraagt ​​als een positief geladen deeltje. Omdat een trion drie op elkaar inwerkende deeltjes bevat, het kan veel meer informatie bevatten dan een enkel elektron.

De meeste elektronica gebruikt tegenwoordig individuele elektronen om elektriciteit te geleiden en informatie door te geven. Aangezien trions netto elektrische lading dragen, hun beweging kan worden gecontroleerd door een elektrisch veld. Trions kunnen, daarom, ook worden gebruikt als informatiedragers. Vergeleken met individuele elektronen, trions hebben controleerbare spin- en momentumindices en een rijke interne structuur, waarmee informatie kan worden gecodeerd.

Trions kunnen worden onderverdeeld in heldere en donkere trions met verschillende spinconfiguraties. Een helder trion bevat een elektron en een gat met tegengestelde spins. Een donker trion bevat een elektron en een gat met dezelfde spin. Heldere trions koppelen sterk aan licht en stralen efficiënt licht uit, wat betekent dat ze snel vergaan. Donkere trions, echter, koppel zwak aan het licht, wat betekent dat ze veel langzamer vervallen dan heldere trions.

De onderzoekers maten de levensduur van donkere trions en ontdekten dat ze meer dan 100 keer langer meegaan dan de meer gebruikelijke heldere trions. De lange levensduur maakt informatieoverdracht door trionen over een veel grotere afstand mogelijk.

"Ons werk maakt het schrijven en lezen van trion-informatie door licht mogelijk, " zei Chun Hung (Jozua) Lui, een assistent-professor natuurkunde en astronomie aan UC Riverside, die het onderzoek leidde. "We kunnen twee soorten trions genereren - donkere en heldere trions - en bepalen hoe informatie erin wordt gecodeerd."

De resultaten van het onderzoek worden gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

"Onze resultaten kunnen nieuwe manieren van informatieoverdracht mogelijk maken, " zei Erfu Liu, de eerste auteur van het onderzoeksartikel, en een postdoctoraal onderzoeker in Lui's lab. "Donkere trions, met hun lange levensduur, kan ons helpen bij het realiseren van informatieoverdracht door trions. Net zoals het vergroten van uw wifi-bandbreedte thuis, trion-transmissie laat meer informatie door dan individuele elektronen."

De onderzoekers gebruikten een enkele laag WSe ₂ atomen, lijkt op een grafeenblad, omdat het donkere trion-energieniveau in WSe ₂ ligt onder het heldere trion-energieniveau. De donkere trions kunnen daarom een ​​grote populatie accumuleren, hun detectie mogelijk maken.

Lui legde uit dat het meeste trion-onderzoek tegenwoordig gericht is op heldere trions omdat ze zoveel licht uitstralen en gemakkelijk kunnen worden gemeten.

"Maar we richten ons op donkere trions en hun gedetailleerde gedrag onder verschillende ladingsdichtheden in enkellaags WSe ₂ apparaten, Lui zei. "We waren in staat om een ​​continue afstemming van positieve donkere trions naar negatieve donkere trions te demonstreren door simpelweg een externe spanning aan te passen. We waren ook in staat om de verschillende spinconfiguratie van donkere trions te bevestigen van heldere trions.

"Als we trions kunnen gebruiken om informatie te verzenden, onze informatietechnologie zal enorm worden verrijkt, " voegde hij eraan toe. "Het belangrijkste obstakel in een dergelijke ontwikkeling is de korte levensduur van heldere trions. Nu kunnen de langlevende donkere trions ons helpen dit obstakel te overwinnen."

Volgende, zijn team is van plan om het feitelijke transport van informatie door donkere trions te demonstreren.

"We zijn van plan om het eerste werkende apparaat te demonstreren dat donkere trions gebruikt om informatie te transporteren, " zei Lui. "Als zo'n prototype Trion-apparaat werkt, donkere trions kunnen dan worden gebruikt om kwantuminformatie te transporteren."