Pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute descobriram uma maneira de manipular o disseleneto de tungstênio (WSe2) - um material bidimensional promissor - para desbloquear ainda mais seu potencial de ativação mais rápida, computação mais eficiente, e até mesmo processamento e armazenamento de informações quânticas. Suas descobertas foram publicadas hoje em Nature Communications .

Em todo o mundo, pesquisadores têm se concentrado fortemente em uma classe de materiais semicondutores atomicamente finos, conhecidos como dichalcogenetos de metais de transição em monocamada. Esses materiais semicondutores atomicamente finos - com menos de 1 nm de espessura - são atraentes à medida que a indústria tenta tornar os dispositivos menores e mais eficientes em termos de energia.

"É um paradigma completamente novo, "disse Sufei Shi, professor assistente de engenharia química e biológica em Rensselaer e autor correspondente no artigo. "As vantagens podem ser enormes."

Shi e sua equipe de pesquisa, em parceria com a equipe das instalações de sala limpa dentro do Centro de Materiais, Dispositivos, e Sistemas Integrados em Rensselaer, desenvolveram um método para isolar essas camadas finas de WSe2 dos cristais para que possam empilhá-las sobre outros materiais atomicamente finos, como nitreto de boro e grafeno.

Quando a camada WSe2 é imprensada entre dois flocos de nitreto de boro e interage com a luz, Shi disse, ocorre um processo único. Ao contrário de um semicondutor tradicional, elétrons e lacunas se ligam fortemente e formam uma quase-partícula de carga neutra chamada de exciton.

"Exciton é provavelmente um dos conceitos mais importantes na interação luz-matéria. Entender isso é fundamental para a captação de energia solar, dispositivos de diodos emissores de luz eficientes, e quase tudo relacionado às propriedades ópticas dos semicondutores, "disse Shi, que também é membro do departamento de eletricidade, computador, e engenharia de sistemas em Rensselaer. "Agora descobrimos que ele realmente pode ser usado para armazenamento e processamento de informações quânticas."

Uma das propriedades empolgantes do exciton no WSe2, ele disse, é um novo grau de liberdade quântica que se tornou conhecido como "rotação do vale" - uma liberdade de movimento expandida para partículas que foi projetada para a computação quântica. Mas, Shi explicou, excitons normalmente não têm uma vida longa, o que os torna pouco práticos.

Em uma publicação anterior em Nature Communications , Shi e sua equipe descobriram um exciton "escuro" especial que normalmente não pode ser visto, mas tem uma vida útil mais longa. Seu desafio é que o exciton "escuro" carece do grau de liberdade quântica de "rotação do vale".

Nesta pesquisa mais recente, Shi e sua equipe descobriram como iluminar o exciton "escuro"; isso é, fazer o exciton "escuro" interagir com outra quasipartícula conhecida como fônon para criar uma quasipartícula completamente nova que tem as duas propriedades que os pesquisadores desejam.

"Encontramos o ponto ideal, "Shi disse." Encontramos uma nova quasipartícula que tem um grau quântico de liberdade e também uma longa vida útil, é por isso que é tão emocionante. Temos a propriedade quântica do exciton 'brilhante', mas também tem a longa vida útil do exciton 'escuro'. "

As descobertas da equipe, Shi disse, lançar a base para o desenvolvimento futuro da próxima geração de dispositivos de computação e armazenamento.

Na Rensselaer, Shi foi acompanhado nesta publicação pelo bolsista de pós-doutorado Zhipeng Li e pelos alunos de pós-graduação Tianmeng Wang e Zhen Lian, tudo do departamento de engenharia química e biológica. Esta pesquisa também foi realizada em estreita parceria com o National High Magnetic Field Lab e outras instituições de pesquisa.