Excitonen zijn quasideeltjes gemaakt van de aangeslagen toestand van elektronen en hebben - volgens onderzoek dat wordt uitgevoerd EPFL - het potentieel om de energie-efficiëntie van onze alledaagse apparaten te verhogen.

Het is een geheel nieuwe manier van denken over elektronica. Excitonen - of quasideeltjes die worden gevormd wanneer elektronen licht absorberen - zorgen voor een revolutie in de bouwstenen van circuits. Wetenschappers van EPFL hebben hun buitengewone eigenschappen bestudeerd om energiezuinigere elektronische systemen te ontwerpen, en hebben nu een manier gevonden om excitonen die in halfgeleiders bewegen beter te beheersen. Hun bevindingen verschijnen vandaag in Natuur Nanotechnologie .

Quasideeltjes zijn tijdelijke verschijnselen die het gevolg zijn van de interactie tussen twee deeltjes in vaste materie. Excitonen worden gecreëerd wanneer een elektron een foton absorbeert en naar een hogere energietoestand gaat, een gat achterlatend in zijn vorige energietoestand (een "valentieband" genoemd in de bandtheorie). Het elektron en het elektronengat zijn met elkaar verbonden door aantrekkende krachten, en de twee vormen samen wat een exciton wordt genoemd. Zodra het elektron terug in het gat valt, het zendt een foton uit en het exciton houdt op te bestaan.

Vorig jaar, een team van wetenschappers van EPFL's Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures (LANES) kondigde aan dat ze een transistor hadden ontwikkeld - een van de componenten van circuits - die draait op excitonen in plaats van elektronen (zie artikel). En voor de eerste keer, ze waren in staat om de transistors te laten functioneren bij kamertemperatuur, een grote stap voorwaarts voor het ontwikkelen van praktische toepassingen voor deze technologie.

Om de excitonen langer te laten duren, de wetenschappers lagen twee verschillende 2D-materialen op elkaar:wolfraamdiselenide (WSe ₂ ) en molybdeendiselenide (MoSe ₂ ). Het resulterende materiaal had een glinsterende textuur die van invloed was op hoe de quasideeltjes werden verdeeld. "Met deze twee materialen, de excitonen hadden de neiging om zich op specifieke plaatsen te groeperen en te voorkomen dat de stroom vloeide, " zegt Andras Kis, het hoofd van LANES en een co-auteur van de studie. Om dat te voorkomen, dit keer voegde het onderzoeksteam een ​​middelste laag van hexagonaal boornitride (h-BN) toe, waardoor ze de excitonen en hun energieniveaus duidelijker kunnen zien.

Het onderzoeksteam ontdekte ook een manier om de excitonstromen te polariseren, wat betekent dat de quasideeltjes uiteindelijk kunnen worden gebruikt om gegevens onafhankelijk te coderen door variaties in de huidige grootte en de polarisatie ervan. Dat opent de deur naar nog meer toepassingen in zowel codering als dataverwerking op nanoscopisch niveau.