Depois de desenvolver um método para controlar os fluxos de exciton à temperatura ambiente, Os cientistas da EPFL descobriram novas propriedades dessas quasipartículas que podem levar a dispositivos eletrônicos mais eficientes em termos de energia.

Eles foram os primeiros a controlar os fluxos de excitons à temperatura ambiente. E agora, a equipe de cientistas do Laboratório de Eletrônica e Estruturas em Nanoescala (LANES) da EPFL levou sua tecnologia um passo adiante. Eles descobriram uma maneira de controlar algumas das propriedades dos excitons e alterar a polarização da luz que eles geram. Isso pode levar a uma nova geração de dispositivos eletrônicos com transistores que sofrem menos perda de energia e dissipação de calor. A descoberta dos cientistas faz parte de um novo campo de pesquisa denominado Valleytronics e acaba de ser publicada em Nature Photonics .

Excitons são criados quando um elétron absorve luz e se move para um nível de energia mais alto, ou "banda de energia", como são chamados na física quântica sólida. Este elétron excitado deixa para trás um "buraco de elétron" em sua banda de energia anterior. E porque o elétron tem uma carga negativa e o buraco uma carga positiva, os dois são ligados por uma força eletrostática chamada força de Coulomb. É esse par de buracos elétron-elétron conhecido como exciton.

Propriedades quânticas sem precedentes

Excitons existem apenas em materiais semicondutores e isolantes. Suas propriedades extraordinárias podem ser facilmente acessadas em materiais 2-D, que são materiais cuja estrutura básica tem apenas alguns átomos de espessura. Os exemplos mais comuns de tais materiais são carbono e molibdenita.

Quando esses materiais 2-D são combinados, eles freqüentemente exibem propriedades quânticas que nenhum dos materiais possui por si só. Os cientistas da EPFL combinaram assim disseleneto de tungstênio (WSe ₂ ) com disseleneto de molibdênio (MoSe ₂ ) para revelar novas propriedades com uma variedade de possíveis aplicações de alta tecnologia. Usando um laser para gerar feixes de luz com polarização circular, e mudando ligeiramente as posições dos dois materiais 2-D para criar um padrão moiré, eles foram capazes de usar excitons para mudar e regular a polarização, comprimento de onda e intensidade da luz.

De um vale para o outro

Os cientistas conseguiram isso manipulando uma das propriedades dos excitons:seu "vale, "que está relacionado aos extremos de energias do elétron e do buraco. Esses vales - de onde vem o nome Valleytronics - podem ser aproveitados para codificar e processar informações em um nível nanoscópico.

"Ligar vários dispositivos que incorporam esta tecnologia nos daria uma nova maneira de processar dados, "diz Andras Kis, quem comanda LANES. "Ao alterar a polarização da luz em um determinado dispositivo, podemos então selecionar um vale específico em um segundo dispositivo conectado a ele. Isso é semelhante a mudar de 0 para 1 ou 1 para 0, que é a lógica binária fundamental usada na computação. "