Dolda i otaliga material finns värdefulla egenskaper som möjliggör nästa generations teknik, som kvantberäkning och förbättrade solceller.

På Rensselaer Polytechnic Institute, forskare som arbetar vid skärningspunkten mellan materialvetenskap, kemiteknik, och fysiken avslöjar nya och innovativa sätt att låsa upp de lovande och användbara förmågorna med hjälp av ljus, temperatur, tryck, eller magnetfält.

Den banbrytande upptäckten av en optisk version av quantum hall effect (QHE), publicerad idag i Fysisk granskning X, visar ledarskapet för Rensselaer inom detta viktiga forskningsområde.

QHE är en skillnad i mekanisk spänning som skapas när en tvådimensionell halvledare placeras i ett stort magnetfält. Magnetfältet får elektroner att röra sig på ett sådant sätt att ström inte längre rinner genom hela halvledaren, bara på kanterna.

Fenomenet har varit ett betydande studieområde, vilket leder till flera nobelpriser och många teknikinnovationer. Vad är mindre förstått, sa Sufei Shi, biträdande professor i kemisk och biologisk teknik vid Rensselaer, är kvantiseringen av excitoner - en lovande partikel som finns i övergångsmetalldikalkogenider (TMD) som bildas när ljus träffar en halvledare och en positivt laddad partikelbindning med en negativt laddad partikel. Den starka bindning som förenar dessa två partiklar rymmer en betydande mängd energi.

Shi har fokuserat mycket av sin forskning på denna nya gräns, förstå att exciton har potential att utnyttjas för en mängd applikationer, inklusive kvantberäkning, minneslagring, och till och med skörd av solenergi. Shi och hans labb har arbetat med en process för att tillverka extremt rena och högkvalitativa tvådimensionella halvledare av TMD, så att de kan studera sina inneboende egenskaper. Den grunden har lett till den senaste upptäckten.

I denna forskning, Shi och hans laboratorium studerade excitonen i närvaro av ett stort magnetfält, inducera energikvantisering som kallas Landau -kvantisering - en effekt som tidigare varit svår att se optiskt.

Detta arbete visar den optiska versionen av QHE för excitoner, och Shi tror att det kommer att öppna dörren för ytterligare upptäckt och tillämpning.

"I grunden detta är något helt nytt och det kommer att förbättra vår förståelse av excitoner i kvantregimen, ett område som vi inte riktigt förstår ännu, "Shi sa." Vi hoppas att detta kommer att inspirera många människor att arbeta i denna riktning för att se ny kvantfysik, något som vi inte ens hade förväntat oss tidigare. "