Cachées dans d'innombrables matériaux se trouvent des propriétés précieuses qui permettront la prochaine génération de technologies, comme l'informatique quantique et les cellules solaires améliorées.

À l'Institut polytechnique Rensselaer, chercheurs travaillant à l'intersection de la science des matériaux, ingénieur chimiste, et la physique découvrent des moyens nouveaux et innovants de débloquer ces capacités prometteuses et utiles en utilisant la lumière, Température, pression, ou des champs magnétiques.

La découverte révolutionnaire d'une version optique de l'effet hall quantique (QHE), publié aujourd'hui dans Examen physique X, démontre le leadership de Rensselaer dans ce domaine de recherche vital.

QHE est une différence de tension mécanique qui est créée lorsqu'un semi-conducteur bidimensionnel est placé dans un grand champ magnétique. Le champ magnétique fait bouger les électrons de telle sorte que le courant ne traverse plus tout le semi-conducteur, seulement sur les bords.

Le phénomène a été un domaine d'étude important, menant à plusieurs prix Nobel et à de nombreuses innovations technologiques. Ce qui est moins compris, dit Sufei Shi, professeur assistant de génie chimique et biologique à Rensselaer, est la quantification des excitons, une particule prometteuse trouvée dans les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) qui se forme lorsque la lumière frappe un semi-conducteur et qu'une particule chargée positivement se lie à une particule chargée négativement. Le lien fort qui unit ces deux particules détient une quantité importante d'énergie.

Shi a concentré une grande partie de ses recherches sur cette nouvelle frontière, comprendre que l'exciton a le potentiel d'être exploité pour une multitude d'applications, dont l'informatique quantique, Stockage de mémoire, et même la récupération d'énergie solaire. Shi et son laboratoire ont travaillé sur un processus pour fabriquer des semi-conducteurs bidimensionnels extrêmement propres et de haute qualité à partir de TMD, afin qu'ils puissent étudier leurs propriétés intrinsèques. Ce travail de base a conduit à cette découverte la plus récente.

Dans cette recherche, Shi et son laboratoire ont étudié l'exciton en présence d'un grand champ magnétique, induisant une quantification d'énergie connue sous le nom de quantification de Landau, un effet qui était auparavant difficile à voir optiquement.

Ce travail démontre la version optique du QHE pour les excitons, et Shi pense que cela ouvrira la porte à d'autres découvertes et applications.

"Fondamentalement, c'est quelque chose de complètement nouveau et cela améliorera grandement notre compréhension des excitons dans le régime quantique, un domaine que nous ne comprenons pas encore tout à fait, " a déclaré Shi. " Nous espérons que cela inspirera beaucoup de gens à travailler dans cette direction pour voir la nouvelle physique quantique, quelque chose auquel nous ne nous attendions même pas avant."