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物理学家的新发现,或将彻底改变信息传输技术!

2019-07-11  心梦2016

物理学家的新发现,或将彻底改变信息传输技术!物理学家已经在一种半导体——超薄单层二烯化钨(WSe2)中观察、表征和控制了暗三极管,这是一项可以提高容量和改变信息传输形式的成就。在半导体中,如WSe2,一个三极管(trion)是三个带电粒子的量子束缚态。一个负的三极管包含两个电子和一个空穴,一个正的三极管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。

因为一个三极管包含三个相互作用的粒子,它可以携带比一个电子多得多的信息。今天大多数电子产品都使用单独的电子来导电和传输信息。由于铁离子携带净电荷,它们的运动可以由电场控制。因此,三极管也可以用作信息载体。与单个电子相比,铁离子具有可控的自旋和动量指标,具有丰富的内部结构,可以用来编码信息,不同自旋构型的铁离子可分为亮铁离子和暗铁离子。一个亮三极管包含一个电子和一个自旋相反空穴。

一个暗三极管包含一个电子和一个自旋相同的空穴。明亮的铁离子与光强耦合,并有效地发光,这意味着它们衰变得很快。然而暗铁离子与光的结合很弱,这意味着它们的衰变速度比亮铁离子慢得多。研究人员测量了暗铁离子的寿命,发现寿命比常见的亮铁离子长100多倍。长寿命使得通过三极管在更长的距离上进行信息传输成为可能。领导这项研究的加州大学河滨分校物理学和天文学助理教授吕春洪(Joshua Lui)说:

研究可利用光来书写和阅读三极管信息,可以产生两种类型的三极管(暗三极管和亮三极管)并控制它们如何编码信息,研究结果发表在《物理评论快报》上。该研究论文的第一作者、Lui实验室的博士后研究员刘二福(Erfu Liu)说:研究结果可以提供新的信息传输方式,暗三极管寿命长,可以帮助实现三极管的信息传输。就像在家里增加Wi-Fi带宽一样,三极管传输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中暗三极管能级低于亮三极管能级。因此,暗三极管可以积累大量的种群,从而使它们能够被发现。目前大多数三极管研究都集中在亮三极管上,因为它们能发出很多光,而且很容易测量。但新研究关注的是在单层WSe2器件中,不同电荷密度下的暗离子及其详细行为。研究能够通过简单地调整外部电压来演示:从正的暗三极管到负的三极管的连续调谐

也能够确认暗铁离子和亮铁离子的自旋结构。如果能够利用暗三极管来传输信息,信息技术将会大大丰富。在这一发展过程中,主要的障碍是亮三极管寿命很短。现在,长期存在的暗三极管可以帮助我们克服这个障碍。接下来,研究团队计划演示暗三极管对信息的实际传输。计划展示第一个使用暗三极管传输信息的装置,如果这样一个原型暗三极管设备能够工作,那么暗三极管还可以用来传输量子信息。

博科园|研究/来自:加州大学河滨分校

参考期刊《物理评论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.027401

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