В современной электронике полупроводники играют важную роль в работе электронных цепей, передавая электрический заряд электронов, так что биты информации - 1 и 0 - могут быть закодированы наличием или отсутствием электрического заряда.
Использование заряда, однако, требует физического перемещения электронов из одной точки в другую, что может потреблять много энергии, особенно в вычислительных приложениях.
Поэтому исследователи ищут способы использования других свойств электронов в качестве носителей информации - без необходимости физического перемещения электронов - в надежде, что это приведет к устройствам, которые потребляют гораздо меньше энергии.
Это привело к развитию спинтронике (силовой электронике), которая использует свойства магнитных спинов электронов для кодирования информации.
В дополнение к манипулированию зарядом и спином электронов, третий способ управления электрическим током заключается в использовании "долины" степени свободы электронов.
Эта новая концепция основана на использовании волнового квантового числа электрона в кристаллическом материале. Проще говоря, "долины" - это максимумы и минимумы электронных энергий в кристаллическом твердом теле.
Основная идея долинотроники заключается в передаче информации через двухмерные (2D) и другие очень тонкие проводящие материалы, используя энергетические долины - или экстремумы энергии - в их полосе проводимости и валентности (энергетические полосы, вокруг которых электроны вращаются вокруг ядра атома).
Информация может передаваться путем контроля связи электрона с долиной - манипуляции, которая может быть достигнута с помощью электрических полей, магнитных полей и круглополяризованного света.
Долинотроника (Волитроника или же Valleytronics в оригинальном английском) очень привлекательна для будущих электронных устройств и квантовых вычислительных технологий, поскольку ее квантовое хранение информации значительно превосходит существующие технологии контроля заряда или вращения.
Применение долинной степени свободы в оптоэлектронных устройствах требует возможности доступа и управления поведением долины.
Главная проблема долинотроники
Однако, интервальное рассеяние с помощью фононов резко ускоряется при повышении температуры, приводя к летучим состояниям долины и значительно снижая ручную светосигнализацию дальнего поля при комнатной температуре.
Долиново-оптические гибридные системы полости недавно продемонстрировали фотолюминесценцию при комнатной температуре в дальнем поле с сохранением ручной работы, что будет способствовать применению долинной степени свободы.
Однако модуляция поведения долины при комнатной температуре все еще ограничена требованием точного пространственного и спектрального перекрытия между возбудителями и оптическими полостями в современных подходах.
Ученые решили эту проблему с помощью однослойного проводника
Поэтому ученые искали способ решения вышеперечисленных проблем, чтобы обеспечить возможность более гибкого управления экситонами долин. Результаты показывают, что модуляция при большой комнатной температуре в долине может быть достигнута вне жесткого режима соединения с большей гибкостью.
В частности, исследователи продемонстрировали подход комнатной температуры к манипулированию квантовыми носителями информации, т.е. парами положительных и отрицательных зарядов, приуроченными к динамическим долинам, которые обычно неустойчивы при комнатной температуре, в полупроводнике с одним слоем.
Манипуляции возможны благодаря сильному взаимодействию светлой материи между квантовыми носителями, также известными как экситоны долины, и специально разработанным плазменным хиральным метаматериалом.
В своей первоначальной демонстрации ученые смогли также активно и обратимо настраивать и включать/выключать манипуляции с использованием экономически эффективного фиброина шелка из коконов мори. Эти результаты обеспечивают новый способ управления квантовыми носителями информации в 2D материалах.
Полученная в результате степень свободы в однослойных полупроводниках является многообещающей для хранения и обработки информации.
Другие применения этой находке
Долинные экситоны также недавно были применены для квантовых вычислений.
Предлагается новую стратегию для универсального управления экситонами долин в однослойных полупроводниковых приборах, приносящую пользу при использовании в ультразвуковых и оптоэлектронных приборах.
Эта модель может быть обобщена для других метаматериальных систем.
Это могло бы вдохновить на новаторские подходы к решению и модуляции экситонов долин в однослойных полупроводниках для применения в долиноэлектронике и оптоэлектронике, таких как долинополяризованные лазеры и электрически возбужденные долиноэлектронные устройства.