Après avoir développé une méthode pour contrôler les flux d'excitons à température ambiante, Des scientifiques de l'EPFL ont découvert de nouvelles propriétés de ces quasiparticules qui peuvent conduire à des appareils électroniques plus économes en énergie.

Ils ont été les premiers à contrôler les flux d'excitons à température ambiante. Et maintenant, l'équipe de scientifiques du Laboratoire d'électronique et de structures à l'échelle nanométrique (LANES) de l'EPFL a poussé sa technologie encore plus loin. Ils ont trouvé un moyen de contrôler certaines des propriétés des excitons et de modifier la polarisation de la lumière qu'ils génèrent. Cela peut conduire à une nouvelle génération d'appareils électroniques avec des transistors qui subissent moins de pertes d'énergie et de dissipation thermique. La découverte des scientifiques fait partie d'un nouveau domaine de recherche appelé valleytronics et vient d'être publiée dans Photonique de la nature .

Les excitons sont créés lorsqu'un électron absorbe la lumière et passe à un niveau d'énergie plus élevé, ou "bande d'énergie" comme on les appelle en physique quantique des solides. Cet électron excité laisse derrière lui un "trou électronique" dans sa bande d'énergie précédente. Et parce que l'électron a une charge négative et le trou une charge positive, les deux sont liés par une force électrostatique appelée force de Coulomb. C'est cette paire de trous électron-électron que l'on appelle un exciton.

Propriétés quantiques sans précédent

Les excitons n'existent que dans les matériaux semi-conducteurs et isolants. Leurs propriétés extraordinaires sont facilement accessibles dans les matériaux 2D, qui sont des matériaux dont la structure de base n'a que quelques atomes d'épaisseur. Les exemples les plus courants de tels matériaux sont le carbone et la molybdénite.

Lorsque de tels matériaux 2D sont combinés, ils présentent souvent des propriétés quantiques qu'aucun des deux matériaux ne possède par lui-même. Les scientifiques de l'EPFL ont ainsi combiné le diséléniure de tungstène (WSe 2 ) avec du diséléniure de molybdène (MoSe 2 ) pour révéler de nouvelles propriétés avec un éventail d'applications high-tech possibles. En utilisant un laser pour générer des faisceaux lumineux à polarisation circulaire, et décaler légèrement les positions des deux matériaux 2D de manière à créer un motif moiré, ils ont pu utiliser des excitons pour changer et réguler la polarisation, longueur d'onde et intensité de la lumière.

D'une vallée à l'autre

Les scientifiques y sont parvenus en manipulant l'une des propriétés des excitons :leur "vallée, " qui est lié aux énergies extrêmes de l'électron et du trou. Ces vallées - d'où vient le nom valleytronics - peuvent être exploitées pour coder et traiter des informations à un niveau nanoscopique.

« Relier plusieurs appareils intégrant cette technologie nous donnerait une nouvelle façon de traiter les données, " dit Andras Kis, qui dirige LANES. "En changeant la polarisation de la lumière dans un appareil donné, nous pouvons ensuite sélectionner une vallée spécifique dans un deuxième appareil qui y est connecté. C'est comme passer de 0 à 1 ou de 1 à 0, qui est la logique binaire fondamentale utilisée en informatique."