Физики из Техасского университета впервые продемонстрировали новый метод производства сверхтонких полупроводящих материалов, в которых экситоны, квазичастицы, переносящие энергию, сохраняются достаточно долго, чтобы их можно было использовать в целом ряде технологий, например, в квантовых вычислениях.

Полупроводники — класс кристаллических твердых тел, электрическая проводимость которых занимает промежуточное положение между проводником и изолятором. Этой проводимостью можно управлять извне, либо легированием, либо электрооптическим стробированием, поэтому они стали ключевыми компонентами для производства диодов и транзисторов.

Двухмерные дихалькогениды переходных металлов (TMD) — это новый тип сверхтонких полупроводников, известных ученым уже примерно десять лет. Команда физиков из США изучила оптико-электронные свойства и возможность производства двухмерной формы TMD, пишет Phys.org.

Оптические свойства материала отчасти определяются поведением экситонов, квазичастиц, переносящих энергию, оставаясь при этом электрически нейтральными.

«Когда полупроводник абсорбирует фотон, он создает в полупроводнике отрицательно заряженный электрон, соединенный с положительно заряженной дыркой для сохранения нейтрального заряда. Эта пара и есть экситон. Две части не полностью свободны друг от друга — между ними все еще есть кулоновское взаимодействие», — сказал профессор Антон Малко, автор статьи об исследовании.

Он и его команда были удивлены, когда увидели, что экситоны в созданных ими TMD действовали в 100 раз дольше, чем в других аналогичных материалах, изготовленных другими способами. С точки зрения оптики двухмерные образцы материала вели себя совершенно иначе, чем все, что ученые видели за последние 10 лет работы с TMD. Причина увеличенного срока службы, по мнению Малко, в непрямых экситонах, неактивных оптически. Они служат своеобразными резервуарами, которые медленно питают оптически активные экситоны.

«Увеличенный срок службы открывает очень интересные возможности применения, — сказал ученый. — Когда экситон исчезает всего через 100 пикосекунд или быстрее, нет времени его применить. Но в этом материале мы можем создать резервуар неактивных экситонов, которые существуют намного дольше — несколько наносекунд, а не сотни пикосекунд. С этим можно многое сделать».