Une équipe de recherche internationale dirigée par des physiciens de l'Université de Californie, Bord de rivière, a révélé un nouveau processus quantique en valleytronics qui peut accélérer le développement de cette technologie relativement nouvelle.

Valleytronics, un portemanteau de "vallée" et "électronique, " utilise des minima d'énergie locaux - ou des vallées - dans la structure de bande électronique des semi-conducteurs. La technologie actuelle des semi-conducteurs utilise une charge électronique ou un spin pour stocker et traiter l'information. Dans certains semi-conducteurs, cependant, les vallées des électrons sont utilisées pour coder, traiter, et stocker des informations. Les systèmes Valleytronic ont le potentiel d'offrir des schémas de traitement de l'information supérieurs aux technologies semi-conductrices basées sur la charge et le spin.

L'équipe de recherche dirigée par l'UC Riverside s'est concentrée sur le diséléniure de tungstène monocouche (WSe 2 ), un semi-conducteur bidimensionnel avec deux vallées électroniques distinctes. Les électrons excités ont tendance à se détendre et à s'accumuler dans l'une des vallées pour acquérir un indice de vallée (K ou K'). Les indices de vallée peuvent être utilisés pour représenter un et zéro pour coder des informations, tout comme la charge électrique est utilisée dans la technologie actuelle.

Excitons et trions peuvent également occuper les vallées en monocouche WSe 2 et être utilisé pour transmettre des informations sur la vallée. Un exciton est un état lié quantique d'un électron et d'un trou d'électron. Un trion est un état lié quantique de trois particules chargées. Monocouche WSe 2 héberge des excitons ou des trions brillants et sombres avec différentes configurations de spin; la luminosité brillante se transforme rapidement en lumière, tandis que l'obscurité se transforme lentement en lumière.

"Le développement de la valleytronics nécessite des états de vallée stables et une identification facile des indices de vallée, " dit Chun Hung "Joshua" Lui, professeur adjoint au Département de physique et d'astronomie de l'UC Riverside, qui a dirigé la recherche. « Excitons et trions sombres dans la monocouche WSe 2 ont une durée de vie beaucoup plus longue et une meilleure stabilité de vallée que les excitons et trions brillants courants. Les excitons sombres et les trions, donc, sont d'excellents candidats pour les applications valleytronic. »

Lui a expliqué que jusqu'à présent, aucune méthode ne pouvait lire les indices de vallée des excitons et trions sombres parce que leur émission de lumière de l'une ou l'autre vallée a exactement la même énergie et la même polarisation, rendant les deux vallées indiscernables l'une de l'autre. L'équipe de recherche de Lui a maintenant surmonté cet obstacle en identifiant une quantité physique mesurable qui peut distinguer les deux indices de vallée des excitons sombres et des trions.

"Nous avons observé un nouveau processus de désintégration des excitons sombres et des trions dans la monocouche WSe 2 , ce qui nous permet d'identifier leurs indices de vallée, " dit Lui. " Un exciton ou un trion sombre peut se désintégrer en une paire de photon et de phonon avec une signature de vallée distinctive. "

Un photon est un quantum d'une onde électromagnétique. Il peut avoir une polarisation linéaire ou chirale lorsque le champ électromagnétique oscille ou tourne. Le sens de rotation du champ électromagnétique détermine si un photon chiral est droitier ou gaucher. De la même manière, un phonon est un quantum de vibration atomique dans le matériau. La vibration atomique implique généralement une oscillation linéaire des atomes. Mais dans certains cas particuliers, les atomes peuvent tourner pour produire les phonons dits chiraux. Le sens de rotation atomique détermine si un phonon chiral est droitier ou gaucher.

"Nous avons découvert que l'exciton sombre dans la vallée K se désintègre en un photon droitier et un phonon gaucher, alors que l'exciton sombre dans la vallée K' opposée se désintègre en un photon gauche et un phonon droit, " Dit Lui. " Le caractère manuel du photon émis est une signature claire des indices de vallée des excitons et trions sombres. "

Lui a ajouté que la capacité de lire les vallées de l'état sombre pourrait faciliter l'exploration de la dynamique des vallées de l'état sombre et des applications dans la technologie valleytronic.

L'étude apparaît dans Examen physique de la recherche , une revue en libre accès.