Des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute ont trouvé un moyen de manipuler le diséléniure de tungstène (WSe2) - un matériau bidimensionnel prometteur - afin de libérer davantage son potentiel pour permettre plus rapidement, informatique plus efficace, et même le traitement et le stockage de l'information quantique. Leurs conclusions ont été publiées aujourd'hui dans Communication Nature .

À travers le monde, les chercheurs se sont fortement concentrés sur une classe de matériaux semi-conducteurs atomiquement minces connus sous le nom de dichalcogénures de métaux de transition monocouche. Ces matériaux semi-conducteurs atomiquement minces (moins de 1 nm d'épaisseur) sont attrayants car l'industrie essaie de rendre les appareils plus petits et plus économes en énergie.

"C'est un paradigme complètement nouveau, " dit Sufei Shi, professeur adjoint de génie chimique et biologique à Rensselaer et auteur correspondant de l'article. « Les avantages pourraient être énormes.

Shi et son équipe de recherche, en partenariat avec le personnel des salles blanches du Centre des Matériaux, Dispositifs, et Systèmes Intégrés chez Rensselaer, ont développé une méthode pour isoler ces fines couches de WSe2 des cristaux afin de pouvoir les empiler sur d'autres matériaux atomiquement minces tels que le nitrure de bore et le graphène.

Lorsque la couche WSe2 est prise en sandwich entre deux paillettes de nitrure de bore et interagit avec la lumière, Shi a dit, un processus unique se produit. Contrairement à un semi-conducteur traditionnel, les électrons et les trous se lient fortement entre eux et forment une quasiparticule à charge neutre appelée exciton.

"L'exciton est probablement l'un des concepts les plus importants de l'interaction lumière-matière. Comprendre ce qui est essentiel pour la récupération de l'énergie solaire, dispositifs à diodes électroluminescentes efficaces, et presque tout ce qui concerne les propriétés optiques des semi-conducteurs, " dit Shi, qui est également membre du département d'électricité, ordinateur, et l'ingénierie des systèmes chez Rensselaer. "Maintenant, nous avons découvert qu'il peut réellement être utilisé pour le stockage et le traitement d'informations quantiques."

L'une des propriétés excitantes de l'exciton dans WSe2, il a dit, est un nouveau degré de liberté quantique qui est devenu connu sous le nom de « spin de vallée », une liberté de mouvement étendue pour les particules qui a été envisagée pour l'informatique quantique. Mais, Shi a expliqué, les excitons n'ont généralement pas une longue durée de vie, ce qui les rend peu pratiques.

Dans une précédente publication en Communication Nature , Shi et son équipe ont découvert un exciton "sombre" spécial qui ne peut généralement pas être vu mais qui a une durée de vie plus longue. Son défi est que l'exciton "sombre" n'a pas le degré de liberté quantique de "valley-spin".

Dans cette recherche la plus récente, Shi et son équipe ont découvert comment illuminer l'exciton « sombre » ; C'est, faire interagir l'exciton "sombre" avec une autre quasiparticule connue sous le nom de phonon pour créer une quasiparticule complètement nouvelle qui possède les deux propriétés que les chercheurs souhaitent.

"Nous avons trouvé le bon endroit, " dit Shi. " Nous avons trouvé une nouvelle quasiparticule qui a un degré de liberté quantique et aussi une longue durée de vie, c'est pourquoi c'est si excitant. Nous avons la propriété quantique de l'exciton "brillant", mais aussi avoir la longue durée de vie de l'exciton 'sombre'."

Les conclusions de l'équipe, Shi a dit, jeter les bases du développement futur vers la prochaine génération d'appareils de calcul et de stockage.

A Rensselaer, Shi a été rejoint sur cette publication par le chercheur postdoctoral Zhipeng Li et les étudiants diplômés Tianmeng Wang et Zhen Lian, tous issus du département de génie chimique et biologique. Cette recherche a également été menée en partenariat étroit avec le National High Magnetic Field Lab et d'autres institutions de recherche.