Excitoner är kvasipartiklar gjorda av det exciterade tillståndet hos elektroner och - enligt forskning som utförs EPFL - har potentialen att öka energieffektiviteten hos våra vardagliga enheter.

Det är ett helt nytt sätt att tänka om elektronik. Excitoner – eller kvasipartiklar som bildas när elektroner absorberar ljus – kommer att revolutionera kretsarnas byggstenar. Forskare vid EPFL har studerat deras extraordinära egenskaper för att designa mer energieffektiva elektroniska system, och har nu hittat ett sätt att bättre kontrollera excitoner som rör sig i halvledare. Deras resultat visas idag i Naturens nanoteknik .

Kvasipartiklar är tillfälliga fenomen som är resultatet av interaktionen mellan två partiklar i fast materia. Excitoner skapas när en elektron absorberar en foton och förflyttar sig till ett högre energitillstånd, lämnar efter sig ett hål i sitt tidigare energitillstånd (kallat ett "valensband" i bandteorin). Elektron- och elektronhålet är sammanbundna genom attraktionskrafter, och de två tillsammans bildar vad som kallas en exciton. När elektronen faller tillbaka i hålet, den avger en foton och excitonen upphör att existera.

Förra året, ett team av forskare från EPFL:s Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures (LANES) meddelade att de hade utvecklat en transistor - en av komponenterna i kretsar - som körs på excitoner snarare än elektroner (se artikel). Och för första gången, de kunde få transistorerna att fungera vid rumstemperatur, ett stort steg framåt för att utveckla praktiska tillämpningar för denna teknik.

För att få excitonerna att hålla längre, forskarna lade två olika 2D-material ovanpå varandra:volframdiselenid (WSe) ₂ ) och molybdendiselenid (MoSe ₂ ). Det resulterande materialet hade en skimrande textur som påverkade hur kvasipartiklarna fördelades. "Med dessa två material, excitonerna tenderade att gruppera sig på specifika platser och hindra strömmen från att flöda, säger Andras Kis, chefen för LANES och en medförfattare till studien. För att förhindra att det händer, denna gång lade forskargruppen till ett mellanlager av hexagonal form bornitrid (h-BN), vilket låter dem se excitonerna och deras energinivåer tydligare.

Forskargruppen upptäckte också ett sätt att polarisera excitonströmmarna, vilket betyder att kvasipartiklarna så småningom skulle kunna användas för att koda data oberoende genom variationer i nuvarande storlek såväl som dess polarisering. Det öppnar dörren till ännu fler tillämpningar inom både kodning och databehandling på nanoskopisk nivå.