p O Excitons pode revolucionar a maneira como os engenheiros abordam a eletrônica. Uma equipe de pesquisadores da EPFL criou um novo tipo de transistor - um dos componentes dos circuitos - usando excitons em vez de elétrons. Notavelmente, seus transistores baseados em excitons funcionam efetivamente em temperatura ambiente, um obstáculo até então intransponível. Eles conseguiram isso usando dois materiais 2-D como semicondutores. Seu estudo, que foi publicado hoje em Natureza , tem inúmeras implicações no campo da excitônica, uma nova área de estudo promissora ao lado da fotônica e da spintrônica. p "Nossa pesquisa mostrou que, ao manipular excitons, encontramos uma abordagem totalmente nova para a eletrônica, "diz Andras Kis, que chefia o Laboratório de Eletrônica e Estruturas em Nanoescala da EPFL (LANES). "Estamos testemunhando o surgimento de um campo de estudo totalmente novo, cujo escopo completo ainda não sabemos. "

p Essa descoberta prepara o terreno para dispositivos optoeletrônicos que consomem menos energia e são menores e mais rápidos do que os dispositivos atuais. Além disso, será possível integrar sistemas de transmissão ótica e de processamento eletrônico de dados no mesmo dispositivo, que irá reduzir o número de operações necessárias e tornar os sistemas mais eficientes.

p Nível de energia mais alto

p Excitons são, na verdade, quasipartículas, termo usado para descrever a interação entre as partículas que constituem uma determinada substância, e não a própria substância. Excitons consistem em um elétron e um buraco de elétron. Os dois estão ligados quando o elétron absorve um fóton e atinge um nível mais alto de energia; o elétron "excitado" deixa um buraco no nível anterior de energia, que, na teoria da banda, é chamada de banda de valência. Este buraco, também uma quase-partícula, é uma indicação do elétron ausente nesta banda.

p Uma vez que o elétron é carregado negativamente e o buraco é carregado positivamente, as duas partículas permanecem ligadas por uma força eletrostática. Essa ligação entre o elétron e o buraco é chamada de atração de Coulomb. E é nesse estado de tensão e equilíbrio que eles formam um exciton. Quando o elétron finalmente cai de volta no buraco, ele emite um fóton. E com isso, o exciton deixa de existir. Simplificando, um fóton entra por uma extremidade do circuito e sai pela outra; enquanto dentro, dá origem a um exciton que atua como uma partícula.

p Sucesso duplo

p Só recentemente os pesquisadores começaram a examinar as propriedades dos excitons no contexto dos circuitos eletrônicos. A energia dos excitons sempre foi considerada muito frágil e o tempo de vida dos excitons muito curto para ter algum interesse real neste domínio. Além disso, excitons só podiam ser produzidos e controlados em circuitos a temperaturas extremamente baixas (cerca de -173 graus C).

p A descoberta veio quando os pesquisadores da EPFL descobriram como controlar o tempo de vida dos excitons e como movê-los. Eles fizeram isso usando dois materiais 2-D:disseleneto de tungstênio (WSe ₂ ) e dissulfeto de molibdênio (MoS ₂ ) "Os excitons nesses materiais exibem uma ligação eletrostática particularmente forte e, ainda mais importante, eles não são destruídos rapidamente em temperatura ambiente, "explica Kis.

p Os pesquisadores também foram capazes de prolongar significativamente a vida útil dos excitons, explorando o fato de que os elétrons sempre encontravam seu caminho para o MoS ₂ enquanto os buracos sempre acabavam no WSe ₂ . Os pesquisadores mantiveram os excitons funcionando por mais tempo protegendo as camadas semicondutoras com nitreto de boro (BN).

p "Criamos um tipo especial de exciton, onde os dois lados estão mais distantes do que na partícula convencional, "diz Kis." Isso atrasa o processo no qual o elétron retorna ao buraco e a luz é produzida. É neste ponto, quando os excitons permanecem na forma dipolo por um pouco mais de tempo, que eles podem ser controlados e movidos usando um campo elétrico. "