Фэн Ван, физик конденсированного вещества с Подразделением Материаловедения Berkeley Lab, привел исследование, в котором было продемонстрировано, что известное явление, известное как «оптический эффект Старка», может использоваться, чтобы выборочно управлять фотовзволнованными парами электронов/отверстия – называемый экситонами – в различных энергетических долинах. В valleytronics электроны перемещаются через решетку 2D полупроводника как волна с двумя энергетическими долинами, каждой долиной, характеризуемой отличным импульсом и квантовым числом долины. Это квантовое число долины может использоваться, чтобы закодировать информацию, когда электроны находятся в минимальной энергетической долине. Техника походит на spintronics, в котором информация закодирована в квантовом числе вращения.
«Это – первая демонстрация важной роли, которую оптический эффект Старка может играть в valleytronics», говорит Фэн. «Наша техника, которая основана на использовании циркулярных поляризованных световых импульсов фемтосекунды, чтобы выборочно управлять степенью свободы долины, открывает возможность сверхбыстрой манипуляции экситонов долины для приложений информации о кванте».Ван, который также держит встречу с Физическим факультетом (УКА) Беркли Калифорнийского университета, работал с 2D полупроводниками, известными как материалы MX2, монослои, состоящие из единственного слоя атомов металла перехода, такие как молибден (Мо) или вольфрам (W), прослоили между двумя слоями chalcogen атомов, такими как сера (S). Эта семья атомарно тонких 2D полупроводников показывает ту же самую шестиугольную «испещренную» решетку как графен. В отличие от графена, однако, у материалов MX2 есть естественные энергетические запрещенные зоны, которые облегчают их использование в транзисторах и других электронных устройствах.
В этом прошлом году Ван и его группа сообщили о первом экспериментальном наблюдении за сверхбыстрой передачей обвинения в фотовзволнованных материалах MX2. Зарегистрированное время передачи обвинения меньше чем 50 фемтосекунд установило материалы MX2 как конкурентов с графеном для будущих электронных устройств.
В этом новом исследовании Ван и его группа произвели сверхбыстрые и ультравысокие псевдомагнитные поля для управления экситонами долины в треугольных монослоях WSe2, используя оптический эффект Старка.«Оптический эффект Старка описывает энергетическое изменение в двухуровневой системе, вызванной нерезонирующей лазерной областью», говорит Ван.«Используя сверхбыструю спектроскопию исследования насоса, мы смогли наблюдать чистый и отборный долиной оптический эффект Старка в монослоях WSe2 от нерезонирующего насоса, который привел к энергетическому разделению больше чем 10 миллиэлектрон-вольт между K и K? переходы экситона долины. Как экситоны долины управления с реальным магнитным полем трудное достигнуть даже с магнитами со сверхпроводящей обмоткой, вызванное светом псевдомагнитное поле очень желательно».
Как spintronics, valleytronics предлагают огромное преимущество в скоростях обработки данных по электрическому обвинению, используемому в классической электронике. Квантовое вращение, однако, сильно связано с магнитными полями, которые могут ввести проблемы стабильности. Это не проблема для квантовых волн.
«Зависимый от долины оптический эффект Старка предлагает удобный и сверхбыстрый способ позволить последовательное вращение взволнованной поляризации долины resonantly с высоким качеством», говорит Ван. «Такая последовательная манипуляция поляризации долины должна открыть захватывающие возможности для valleytronics».