Ett internationellt forskargrupp som leds av fysiker vid University of California, Riverside, har avslöjat en ny kvantprocess inom valleytronics som kan påskynda utvecklingen av denna ganska nya teknik.

Valleytronics, en portmanteau av "dal" och "elektronik, "använder lokala energiminima - eller dalar - i halvledarnas elektroniska bandstruktur. Nuvarande halvledarteknik använder elektronisk laddning eller spinn för att lagra och bearbeta information. I vissa halvledare, dock, elektronernas dalar används för att koda, bearbeta, och lagra information. Valleytronic-system har potential att erbjuda informationshanteringssystem som är överlägsna laddnings- och snurrbaserade halvledartekniker.

UC Riverside-ledda forskargruppen fokuserade på enskikts volfram diselenid (WSe ₂ ), en tvådimensionell halvledare med två distinkta elektroniska dalar. Spända elektroner tenderar att slappna av och ackumuleras i en av dalarna för att förvärva ett dalindex (K eller K '). Dalen index kan användas för att representera en och noll för att koda information - precis som elektrisk laddning används i nuvarande teknik.

Excitons och trions kan också uppta dalarna i monoskikt WSe ₂ och användas för att överföra dalinformation. En exciton är ett kvantbundet tillstånd hos en elektron och ett elektronhål. En trion är ett kvantbundet tillstånd av tre laddade partiklar. Monoskikt WSe ₂ värdar ljusa och mörka excitoner eller trioner med olika snurrkonfigurationer; ljus förfaller snabbt till ljus, medan mörk förfaller långsamt till ljus.

"Utveckling av valleytronics kräver stabila dalstater och enkel identifiering av dalindexen, "sa Chun Hung" Joshua "Lui, en biträdande professor vid Institutionen för fysik och astronomi vid UC Riverside, som ledde forskningen. "Mörka excitoner och trioner i monoskikt WSe ₂ har mycket längre livslängd och bättre dalstabilitet än de vanliga ljusa excitonerna och trionerna. De mörka excitonerna och trionerna, därför, fungera som utmärkta kandidater för valleytronic -applikationer. "

Lui förklarade att hittills ingen metod kunde läsa dalindex för de mörka excitonerna och trionerna eftersom deras ljusemission från båda dalarna har exakt samma energi och polarisering, gör de två dalarna oskiljbara från varandra. Luis forskargrupp har nu övervunnit detta hinder genom att identifiera en mätbar fysisk kvantitet som kan skilja de två dalindexen för mörka excitoner och trioner.

"Vi observerade en ny sönderfallsprocess av mörka excitoner och trioner i monoskikt WSe ₂ , vilket gör att vi kan identifiera deras dalindex, "Sade Lui." En mörk exciton eller trion kan förfalla till ett par foton och fonon med en distinkt dalsignatur. "

En foton är en kvant av en elektromagnetisk våg. Det kan ha linjär eller kiral polarisering när det elektromagnetiska fältet oscillerar eller roterar. Det elektromagnetiska fältets rotationsriktning avgör om en kiral foton är högerhänt eller vänsterhänt. Liknande, en fonon är en kvant av atomvibrationer i materialet. Atomvibrationer innebär vanligtvis linjär oscillation av atomer. Men i vissa speciella fall, atomerna kan rotera för att producera de så kallade kirala fononerna. Atomrotationsriktningen avgör om en kiral fonon är högerhänt eller vänsterhänt.

"Vi fann att den mörka excitonen i K-dalen förfaller till en högerhänt foton och en vänsterhänt fonon, medan den mörka excitonen i den motsatta K 'dalen förfaller till en vänsterhänt foton och en högerhänt fonon, "Sade Lui." Den avgivna fotonens skicklighet är en tydlig signatur på dalindexen för de mörka excitonerna och trionerna. "

Lui tillade att möjligheten att läsa de mörka tillståndets dalar kan underlätta utforskningen av dalen dynamik och applikationer inom valleytronic teknik.

Studien visas i Fysisk granskningsforskning , en journal med öppen åtkomst.