Uma equipe de pesquisa internacional liderada por físicos da Universidade da Califórnia, Riverside, revelou um novo processo quântico em Valleytronics que pode acelerar o desenvolvimento desta tecnologia relativamente nova.

Valleytronics, uma mala de viagem de "vale" e "eletrônicos, "usa mínimos de energia locais - ou vales - na estrutura de banda eletrônica de semicondutores. A tecnologia de semicondutores atual usa carga eletrônica ou rotação para armazenar e processar informações. Em alguns semicondutores, Contudo, vales dos elétrons são usados ​​para codificar, processo, e armazenar informações. Os sistemas Valleytronic têm o potencial de oferecer esquemas de processamento de informações superiores às tecnologias de semicondutores baseadas em carga e rotação.

A equipe de pesquisa liderada pela UC Riverside se concentrou em disseleneto de tungstênio monocamada (WSe ₂ ), um semicondutor bidimensional com dois vales eletrônicos distintos. Elétrons excitados tendem a relaxar e se acumular em um dos vales para adquirir um índice de vale (K ou K '). Os índices de vale podem ser usados ​​para representar um e zero para codificar informações - assim como a carga elétrica é usada na tecnologia atual.

Excitons e trions também podem ocupar os vales em WSe monocamada ₂ e ser usado para transmitir informações sobre o vale. Um exciton é um estado de ligação quântica de um elétron e um buraco de elétron. Um trion é um estado quântico ligado a três partículas carregadas. WSe monocamada ₂ hospeda excitons ou trions claros e escuros com diferentes configurações de spin; brilhante decai rapidamente em luz, enquanto a escuridão decai lentamente em luz.

"O desenvolvimento de valleytronics requer estados de vale estáveis ​​e fácil identificação dos índices de vale, "disse Chun Hung" Joshua "Lui, um professor assistente no Departamento de Física e Astronomia da UC Riverside, quem liderou a pesquisa. "Excitons e trions escuros em WSe de monocamada ₂ têm vida útil muito mais longa e melhor estabilidade de vale do que os excitons e trions brilhantes comuns. Os excitons e trions escuros, Portanto, servem como excelentes candidatos para aplicações Valleytronic. "

Lui explicou que até agora nenhum método poderia ler os índices de vale dos excitons e tríons escuros porque sua emissão de luz de qualquer vale tem exatamente a mesma energia e polarização, tornando os dois vales indistinguíveis um do outro. A equipe de pesquisa de Lui agora superou esse obstáculo identificando uma quantidade física mensurável que pode distinguir os dois índices de vale de excitons e trions escuros.

"Observamos um novo processo de decaimento de excitons e trions escuros na monocamada WSe ₂ , o que nos permite identificar seus índices de vale, "Lui disse." Um exciton escuro ou trion pode decair em um par de fóton e fônon com uma assinatura de vale distinta. "

Um fóton é um quantum de uma onda eletromagnética. Ele pode ter polarização linear ou quiral quando o campo eletromagnético oscila ou gira. A direção de rotação do campo eletromagnético determina se um fóton quiral é destro ou canhoto. De forma similar, um fônon é um quantum de vibração atômica no material. A vibração atômica geralmente envolve oscilação linear de átomos. Mas em alguns casos especiais, os átomos podem girar para produzir os chamados fônons quirais. A direção de rotação atômica determina se um fônon quiral é destro ou canhoto.

"Descobrimos que o exciton escuro no vale K decai em um fóton destro e um fônon canhoto, enquanto o exciton escuro no vale K 'oposto decai em um fóton canhoto e um fônon destro, "Lui disse." A destreza do fóton emitido é uma assinatura clara dos índices do vale dos excitons e tríons escuros. "

Lui acrescentou que a capacidade de ler os vales no estado escuro pode facilitar a exploração da dinâmica do vale no estado escuro e aplicações na tecnologia Valleytronic.

O estudo aparece em Pesquisa de revisão física , um jornal de acesso aberto.