Исследовательская группа во главе с физиками из Калифорнийского университета в Риверсайде долгое время изучала свойства и моделировала поведение темных трионов в разработанном новом полупроводнике – ультрачистом однослойном диселениде вольфрама (WSe2) – который может увеличить емкость и изменить форму передачи информации, передает ресурс EurekAlert.
В данном полупроводнике трион является квантовым связанным состоянием трех заряженных частиц. Отрицательный трион содержит два электрона и одну дырку; положительный трион содержит две дырки и один электрон. Дыра – это вакантное место в полупроводнике для любого электрона, который ведет себя как положительно заряженная частица. Поскольку трион содержит три взаимодействующие частицы, он может нести гораздо больше информации, чем один электрон.
Большая часть электроники сегодня используют отдельные электроны для проведения электричества и передачи информации. Поскольку трионы несут электрический заряд, их движение может контролироваться электрическим полем. Поэтому трионы могут также использоваться в качестве носителей информации. По сравнению с отдельными электронами, трионы имеют собственное вращение вокруг оси и импульс, более разнообразную внутреннюю структуру, которая может использоваться для кодирования информации.
Трионы можно разделить на яркие и темные, с различными конфигурациями спинов (собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого). В ярком трионе спины электрона и дырки противоположные, а в темном – электрон и дырка имеют одинаковое направление вращения. Яркие трионы более активны и быстрее распадаются. Темные трионы слабо активные и распадаются гораздо медленнее.
Исследователи измерили время жизни темных трионов и обнаружили, что они существуют более чем в 100 раз дольше, чем яркие трионы. Долгий срок службы позволяет передавать информацию с их помощью на значительно большее расстояние.
«Наша работа позволяет записывать и считывать информацию на трионах с помощью света»
Сказал Чун Хунг (Джошуа) Луи, доцент кафедры физики и астрономии в Калифорнийском университете в Риверсайде, который руководил исследованиями.
«Полученные нами результаты могут позволить новые способы передачи информации», – сказал Эрфу Лю, первый автор научной работы и исследователь в лаборатории Луи. «Точно так же, как увеличение пропускной способности Wi-Fi в домашних условиях, использование трионов позволяет передавать больше информации, чем с помощью отдельных электронов».
Луи также заметил, что большинство исследований трионов сегодня фокусируется на ярких трионах, потому что они излучают больше света и их легко измерить.
«Но мы сосредоточились на темных трионах и их детальном поведении при разных плотностях заряда в однослойных полупроводниках на основе WSe2», – сказал Луи. «Мы смогли продемонстрировать непрерывную настройку от положительных к отрицательным темным трионам, просто отрегулировав внешнее напряжение. А также подтвердили различие в особенностях вращения темных трионов от ярких. Если мы сможем использовать трионы для передачи информации, наши информационные технологии будут значительно быстрее и массивнее», – добавил он. «Основным препятствием в таком развитии было короткое время жизни ярких трионов. Теперь долгоживущие темные трионы могут помочь нам преодолеть это препятствие».
Вскоре команда ученых планирует продемонстрировать фактическую передачу информации темными трионами.
«Мы намерены продемонстрировать первое работающее устройство, которое использует темные трионы для передачи информации», – сказал Луи. «Если такое прототипное устройство триона работает, темные трионы могут быть использованы для передачи квантовой информации». Более подробные результаты исследования можно найти в журнале Physical Review Letters.
