Екипът идентифицира тъмните триони като следващия носител на квантова информация

Преместете се настрана, електрони; време е да отстъпим място на триона.

откриването

Изследователски екип, ръководен от физици от Калифорнийския университет в Ривърсайд, е наблюдавал, характеризирал и контролирал тъмните триони в полупроводник - ултрачист еднослоен волфрамов диселенид (WSe2) - подвиг, който може да увеличи капацитета и да промени формата на предаването на информация.

В полупроводник, като WSe2, трион е квантово свързано състояние на три заредени частици. Отрицателният трион съдържа два електрона и една дупка; положителен трион съдържа две дупки и един електрон. Дупка е вакантното място на електрон в полупроводник, който се държи като положително заредена частица. Тъй като трионът съдържа три взаимодействащи частици, той може да носи много повече информация от един електрон.

Повечето електроника днес използва отделни електрони за провеждане на електричество и предаване на информация. Тъй като трионите носят нетен електрически заряд, тяхното движение може да се контролира от електрическо поле. Следователно триони могат да се използват и като носители на информация. В сравнение с отделните електрони, трионите имат контролируеми спинови и импулсни индекси и богата вътрешна структура, която може да се използва за кодиране на информация.

Трионите могат да бъдат категоризирани в ярки и тъмни триони с различни конфигурации на въртене. Яркият трион съдържа електрон и дупка с противоположни завъртания. Тъмният трион съдържа електрон и дупка със същото въртене. Ярките триони се свързват силно със светлината и излъчват светлина ефективно, което означава, че те бързо се разпадат. Тъмните триони обаче се свързват слабо със светлината, което означава, че те се разпадат много по-бавно от ярките триони.

Изследователите са измерили живота на тъмните триони и са установили, че те продължават повече от 100 пъти по-дълго от по-често срещаните ярки триони. Дългият живот позволява предаването на информация чрез триони на много по-голямо разстояние.

„Нашата работа позволява писането и четенето на информация за трион чрез светлина“, каза Чун Хунг (Джошуа) Луй, асистент по физика и астрономия в UC Riverside, който ръководи изследването. „Можем да генерираме два вида триони - тъмни и ярки триони - и да контролираме как информацията се кодира в тях.“

Резултатите от изследването са публикувани в списанието Physical Review Letters.

„Нашите резултати могат да дадат възможност за нови начини за предаване на информация“, каза Ерфу Лю, първият автор на изследователския труд и постдокторант в лабораторията на Луи. "Тъмните триони, с дългия си живот, могат да ни помогнат да осъществим предаването на информация чрез триони. Точно както увеличаването на вашата честотна лента на Wi-Fi у дома, предаването на трион позволява да се получи повече информация, отколкото отделни електрони."

Изследователите са използвали един слой атоми WSe2, наподобяващ графенов лист, тъй като нивото на енергията на тъмния трион в WSe2 е под нивото на енергията на яркия трион. Следователно тъмните триони могат да натрупат голяма популация, което позволява тяхното откриване.

Луи обясни, че повечето изследвания за трион днес се фокусират върху ярки триони, защото те излъчват толкова много светлина и могат лесно да бъдат измерени.

"Но ние се фокусираме върху тъмните триони и тяхното подробно поведение при различни плътности на заряда в еднослойните WSe2 устройства", каза Луи. "Успяхме да демонстрираме непрекъсната настройка от положителни тъмни триони към отрицателни тъмни триони чрез просто регулиране на външно напрежение. Успяхме също така да потвърдим различната конфигурация на въртене на тъмните триони от ярките триони.

"Ако можем да използваме триони за предаване на информация, нашите информационни технологии ще бъдат значително обогатени", добави той. "Основната пречка при подобно развитие е краткият живот на ярките триони. Сега дълготрайните тъмни триони могат да ни помогнат да преодолеем това препятствие."

След това екипът му планира да демонстрира действителния пренос на информация с тъмни триони.

"Възнамеряваме да демонстрираме първото работещо устройство, което използва тъмни триони за пренос на информация", каза Луи. „Ако такъв прототип на трионно устройство работи, тъмните триони могат да бъдат използвани за транспортиране на квантова информация.“

Изследването е подкрепено от стартови фондове на UCR.

Lui и Liu се присъединиха към изследването от Jeremiah van Baren и Mashael M. Altaiary от UCR; Джънгуанг Лу и Дмитрий Смирнов от Националната лаборатория за високо магнитно поле, Флорида; и Такаши Танигучи и Кенджи Ватанабе от Националния институт по материалознание, Япония.