Forskare från Valencia Unviersity (UV) har upptäckt en tvådimensionell halvledare som har sina excitoner orienterade på ett nytt sätt, banar väg för generering av integrerade fotoniska chips.

Den andra kvantrevolutionen som pågår idag leds i Europa av programmet Quantum Flagship, som avser att ta kvantiska processer från laboratoriet till marknaden. I de nya tvådimensionella materialen, såsom grafen eller tvådimensionella halvledare, kvantfenomen lämnar sitt traditionella område med låga temperaturer att visas även vid rumstemperatur. Detta faktum, vilket är väldigt ovanligt, har bidragit till att tvådimensionella halvledare är en av huvudfokuspunkterna för Quantum Flagship för att skapa störande teknik som viker för marknadsförbara enheter som drar fördel av de kvantiska egenskaperna hos ljus och materia med, till exempel, använder sig av signalkryptering och säker kommunikation.

I halvledare, partikeln som är ansvarig för processerna för ljusabsorption och -emission är elektronhålet som kallas exciton. Att känna till och kontrollera egenskaperna hos excitoner i tvådimensionella halvledare är nyckeln för utvecklingen av kvantteknik som ska utvecklas inom ramen för Quantum Flagship. I den mån fördelningen av excitonerna i en tvådimensionell halvledare i sig kan definiera vilken typ av optoelektronisk anordning som kan tillverkas för att dra nytta av det kvantljus som den tvådimensionella halvledaren kan avge.

De hittills studerade halvledarnas excitoner har en väsentligen horisontell orientering, med de fördelar och begränsningar som detta innebär. Dock, en forskargrupp vid Material Science Institute (ICMUV) och Institutionen för tillämpad fysik och elektromagnetism vid Valencia universitet (UV), i samarbete med en grupp vid Heriot-Watt University i Storbritannien, har visat att excitonerna för indiumseleniden (InSe) tvådimensionella halvledare är orienterade vinkelrätt mot atomplanet, till skillnad från resten av tvådimensionella halvledare som hittills hittats.

Denna nya orientering av excitoner öppnar dörrarna till skapandet av platta optoelektroniska enheter baserade på tvådimensionella material där det kvantiska ljuset som släpps ut horisontellt kan upprätthållas och transporteras relativt enkelt med hjälp av de skiktade InSe-flingorna.

Gruppen för ICMUV och Institutionen för tillämpad fysik, bestående av Daniel Andrés Penares, Rodolfo Enrique Canet Albiach, Marie Krecmarová, Alejandro Molina Sánchez, Juan P. Martínez Pastor och Juan F. Sánchez Royo, deltar i ett av de 20 konsortier som valts för den första fasen av Quantum Flagship. De har gjort det med sitt projekt som heter S2QUIP "Scalable Two-Dimensionional Quantum Integrated Photonics, "där de kommer att utveckla kretsar för kvantisk fotonik genom att integrera tvådimensionella halvledarmaterial som är kompatibla med CMOS-teknik, används ofta vid tillverkning av traditionella integrerade kretsar. Utvecklad i denna ram, arbetet skulle kunna lösa många av flaskhalsarna som beskrivs av arbetsplanerna i USA och EU för utveckling av marknadsförbar teknik för kvantinformation.