"Trion" kan låta som namnet på en av de teoretiska partiklarna som anklagas för att ha smutsat ner operationer ombord på Starship Enterprise.

Men tro det eller ej, trioner är verkliga – och de kan snart spela en nyckelroll i elektroniska enheter. Duke-forskare har för första gången fastställt några av beteendena hos dessa unika partiklar, ett första steg mot att få dem att arbeta inom elektronik.

Trioner är vad forskare kallar "kvasipartiklar, " energiknippen, elektrisk laddning och snurr som zoomar runt inuti halvledare.

"Trions uppvisar unika egenskaper som du inte kommer att kunna hitta i konventionella partiklar som elektroner, hål (positiva laddningar) och excitoner (elektron-hålpar som bildas när ljus interagerar med vissa material), sa Yusong Bai, en postdoktor vid kemiavdelningen på Duke. "På grund av deras unika egenskaper, trioner skulle kunna användas i ny elektronik som solceller, fotodetektorer, eller inom spintronik."

Vanligtvis dessa egenskaper – energi, laddning och spinn – bärs av separata partiklar. Till exempel, excitoner bär ljusenergin som driver solceller, och elektroner eller hål bär den elektriska laddningen som driver elektroniska enheter. Men trioner är i huvudsak tre-i-ett-partiklar, att kombinera dessa element till en enda enhet – därav "tri" i trion.

"En trion är denna hybrid som involverar en laddning som gifter sig med en exciton för att bli en unikt distinkt partikel, sa Michael Therien, William R. Kenan, Jr. professor i kemi vid Duke. "Och anledningen till att människor är entusiastiska över trioner är för att de är ett nytt sätt att manipulera spinn, avgift, och energin av absorberat ljus, allt samtidigt."

Tills nyligen, forskare hade inte gett trioner mycket uppmärksamhet eftersom de bara kunde hittas i halvledare vid extremt låga temperaturer – runt 2 Kelvin, eller -271 Celsius. Några år sedan, forskare observerade trioner i kolnanorör vid rumstemperatur, öppnar upp möjligheten att använda dem i riktiga elektroniska enheter.

Bai använde en lasersonderingsteknik för att studera hur trioner beter sig i noggrant konstruerade och mycket enhetliga kolnanorör. Han undersökte grundläggande egenskaper inklusive hur de bildas, hur snabbt de rör sig och hur länge de lever.

Han blev förvånad när han upptäckte att under vissa förhållanden, dessa ovanliga partiklar var faktiskt ganska lätta att skapa och kontrollera.

"Vi fann att dessa partiklar är mycket stabila i material som kolnanorör, som kan användas i en ny generation av elektronik, ", sa Bai. "Denna studie är det första steget i att förstå hur vi kan dra nytta av deras unika egenskaper."

Teamet publicerade sina resultat 8 januari i Proceedings of the National Academy of Sciences .