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物理学家的发现可能会彻底改变信息传输
2019-07-11


[据每日科学网站201979日报道]  美国加州大学河滨分校的物理学家领导的一个研究小组,在一种半导体(超薄单层二硒化钨(WSe2))中观察、表征和控制了暗trions,这一成就可能会提高容量,改变信息传输的形式。



在半导体如WSe2中,一个trion是三个带电粒子的量子束缚态。一个负的trion包含两个电子和一个空穴;一个正的trion包含两个空穴和一个电子。空穴是半导体中电子的空位,其行为类似于带正电荷的粒子。因为一个trion包含三个相互作用的粒子,所有它可以携带比一个电子更多的信息。



今天的大多数电子产品都使用独立电子来导电和传输信息。由于trions携带净电荷,它们的运动可以由电场控制。因此,trions也可以用作信息载体。与单个电子相比,trions具有可控的自旋和动量指数,具有丰富的内部结构,可以用来编码信息。



不同自旋构型的trions可分为亮trions和暗trion。一个亮trion包含一个电子和一个自旋相反的空穴。一个暗trion包含一个电子和一个自旋相同的空穴。亮trions与光强耦合,并有效地发光,这意味着它们衰变得很快。然而,暗trions与光的结合很弱,这意味着它们的衰变速度比亮trions慢得多。



研究人员测量了暗trions的寿命,发现它们的寿命比常见的亮trions100多倍。长寿命使trions上的信息能传输更长的距离。



这项研究的领导,兼加州大学河滨分校物理学和天文学助理教授Joshua
Lui
说:“我们的工作允许利用光来书写和阅读trion信息。我们可以生成两种类型的trions——trions和亮trions——并控制信息在其中的编码方式。



研究结果发表在《物理评论快报》杂志上。



我们的研究结果可以提供新的信息传输方式,”该研究论文的第一作者、Lui实验室的博士后研究员Erfu
Liu
说,“暗trion寿命长,可以帮助我们实现trions的信息传输。就像增加家里的Wi-Fi带宽一样,trions传输可获得比单个电子传输更多的信息。”



研究人员使用了类似石墨烯薄片的单层WSe2原子,因为WSe2中暗trion能级低于亮trion能级。因此,暗trions可以大量积累,从而使它们能够被发现。



Lui解释说,目前大多数的trion研究都集中在亮trion上,因为它们能发出很多光,而且很容易测量。



“但我们关注的是暗trion及其在单层WSe2器件中不同电荷密度下的详细行为,”Lui说,“通过简单地调节外部电压,我们能够实现从正暗trion到负暗trion的连续调谐。我们也能够通过亮trion确认暗trion的自旋结构。”



他补充说:“如果我们能够利用trions传输信息,我们的信息技术将会大大丰富。在这一发展过程中,主要的障碍是亮trions的寿命很短。现在,长期存在的暗trion可以帮助我们克服这个障碍。



接下来,该团队计划演示暗trions对信息的实际传输。



“我们打算展示首个使用暗trion传输信息的工作器件,”Lui说。“如果这样一个原型trion器件能够工作,那么暗trion就可以用来传输量子信息。”(工业和信息化部电子第一研究所  张慧)



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