Flytta åt sidan, elektroner; det är dags att ge plats för trionen.

En forskargrupp ledd av fysiker vid University of California, Riverside, har observerat, karakteriserad, och kontrollerade mörka trioner i en halvledar-ultralean enskikts volframdiselenid (WSe) ₂ )—en bedrift som skulle kunna öka kapaciteten och förändra formen för informationsöverföring.

I en halvledare, såsom WSe ₂ , en trion är ett kvantbundet tillstånd av tre laddade partiklar. En negativ trion innehåller två elektroner och ett hål; en positiv trion innehåller två hål och en elektron. Ett hål är tomrummet för en elektron i en halvledare, som beter sig som en positivt laddad partikel. Eftersom en trion innehåller tre interagerande partiklar, den kan bära mycket mer information än en enda elektron.

De flesta elektronik idag använder enskilda elektroner för att leda elektricitet och överföra information. När trioner bär netto elektrisk laddning, deras rörelse kan styras av ett elektriskt fält. Trions kan, därför, även användas som informationsbärare. Jämfört med enskilda elektroner, trioner har kontrollerbara spin- och momentumindex och en rik intern struktur, som kan användas för att koda information.

Trioner kan kategoriseras i ljusa och mörka triioner med distinkta spinnkonfigurationer. En ljus trion innehåller en elektron och ett hål med motsatta snurr. En mörk trion innehåller en elektron och ett hål med samma spinn. Ljusa trioner kopplar starkt till ljus och avger ljus effektivt, vilket betyder att de förfaller snabbt. Mörka trioner, dock, par svagt till ljus, vilket betyder att de förfaller mycket långsammare än ljusa trioner.

Forskarna mätte livslängden för mörka trioner och fann att de håller mer än 100 gånger längre än de vanligare ljusa trionerna. Den långa livslängden möjliggör informationsöverföring av trioner över en mycket längre sträcka.

"Vårt arbete tillåter skrivning och läsning av trioninformation med ljus, " sa Chun Hung (Joshua) Lui, en biträdande professor i fysik och astronomi vid UC Riverside, som ledde forskningen. "Vi kan generera två typer av trioner - mörka och ljusa trioner - och kontrollera hur information kodas i dem."

Resultaten av forskningen publiceras i tidskriften Fysiska granskningsbrev .

"Våra resultat kan möjliggöra nya sätt att överföra information, " sa Erfu Liu, den första författaren till forskningsartikeln, och en postdoktor i Luis labb. "Mörka trioner, med sin långa livslängd, kan hjälpa oss att förverkliga informationsöverföring av trioner. Precis som att öka din Wi-Fi-bandbredd hemma, trionöverföring tillåter mer information att komma igenom än enskilda elektroner."

Forskarna använde ett enda lager WSe ₂ atomer, som liknar ett grafenark, eftersom den mörka trion energinivån i WSe ₂ ligger under den ljusa trionenerginivån. De mörka trionerna kan därför samla en stor befolkning, möjliggör deras upptäckt.

Lui förklarade att den mesta trionforskningen idag fokuserar på ljusa trioner eftersom de avger så mycket ljus och lätt kan mätas.

"Men vi fokuserar på mörka trioner och deras detaljerade beteende under olika laddningstätheter i enkellagers WSe ₂ enheter, ", sa Lui. "Vi kunde demonstrera en kontinuerlig justering från positiva mörka trioner till negativa mörka trioner genom att helt enkelt justera en extern spänning. Vi kunde också bekräfta mörka trioners distinkta spin-konfiguration från ljusa trioner.

"Om vi ​​kan använda trioner för att överföra information, vår informationsteknik kommer att berikas kraftigt, ", tillade han. "Det stora hindret i en sådan utveckling har varit den korta livslängden för ljusa trioner. Nu kan de långlivade mörka trionerna hjälpa oss att övervinna detta hinder."

Nästa, hans team planerar att demonstrera den faktiska transporten av information av mörka trioner.

"Vi avser att demonstrera den första fungerande enheten som använder mörka trioner för att transportera information, " Sa Lui. "Om en sådan prototyp trion enhet fungerar, mörka trioner kan sedan användas för att transportera kvantinformation."