Четверг 07 мая 2026 года

 

Вы здесь:  Главная» Все новости» Наука» Ученые добились сверхбыстрого переключения крошечных источников света


Ученые добились сверхбыстрого переключения крошечных источников света

Пятница, 27 Сентября 2024 23:41

Сверхтонкие материалы, состоящие всего из нескольких атомных слоев, обещают применение в электронике и квантовых технологиях. Международная группа под руководством Технического университета Дрездена достигла значительного прогресса в эксперименте, проведенном в Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR): эксперты смогли вызвать чрезвычайно быстрый процесс переключения между электрически нейтральными и заряженными люминесцентными частицами в сверхтонком, фактически двумерном материале.

 

Результат открывает новые перспективы для исследований, а также для оптической обработки данных и гибких детекторов. Исследование представлено в журнале Nature Photonics.

 

Двумерные полупроводники могут демонстрировать принципиально иные свойства по сравнению с более обычными объемными кристаллами. В частности, легче генерировать так называемые экситонные частицы: если электрон, который, как известно, заряжен отрицательно, возбуждается в материале путем поглощения энергии, он удаляется из своего первоначального положения. Он оставляет после себя подвижный заряд — положительно заряженную «дырку».

 

Электроны и дырки притягиваются друг к другу и вместе образуют связанное состояние, называемое экситоном, своего рода электронной парой. Если поблизости находится другой электрон, он притягивается к нему, образуя трехчастичное состояние, известное на научном жаргоне как трион. Особенностью триона является сочетание электрического заряда с сильным световым излучением, что позволяет осуществлять одновременное электронное и оптическое управление.

 

В течение довольно долгого времени взаимодействие между экситоном и трионом рассматривалось как процесс переключения, который сам по себе интригует и может представлять интерес для будущих приложений. Фактически, многим лабораториям уже удалось переключаться между двумя состояниями целенаправленно, но пока с ограниченными скоростями переключения.

 

Исследованием руководил профессор Алексей Черников из Технического университета Дрездена, а физик HZDR доктор Стефан Виннерл теперь смог значительно ускорить это переключение. Работа проводилась в рамках кластера передового опыта Вюрцбург-Дрезден «Сложность и топология в квантовых материалах, ct.qmat». Исследователи из Марбурга, Рима, Стокгольма и Цукубы внесли важный вклад в проект.

 

Эксперименты проводились с использованием специального оборудования в HZDR. Лазер на свободных электронах FELBE вырабатывает интенсивные терагерцовые импульсы — частотный диапазон, который лежит между радиоволнами и ближним инфракрасным излучением. Сначала исследователи облучали атомно-тонкий слой диселенида молибдена при криогенных температурах короткими лазерными импульсами, генерируя экситоны. Как только они создавались, каждый экситон захватывал электрон из тех, которые уже присутствовали в достаточном количестве в материале, и таким образом становился трионами.

 

«Когда мы затем обстреляли материал терагерцовыми импульсами, трионы чрезвычайно быстро снова сформировались в экситоны», — объясняет Виннерл. «Мы смогли это продемонстрировать, потому что экситоны и трионы испускали ближнее инфракрасное излучение на разных длинах волн».

 

Решающим фактором в эксперименте стало соответствие частоты терагерцовых импульсов для разрыва слабой связи между экситоном и электроном — таким образом, пара, состоящая всего из одного электрона и одной дырки, была воссоздана снова. Вскоре после этого этот экситон захватывает другой электрон и снова становится трионом.

 

Разделение на экситоны произошло с рекордной скоростью. Связь была разорвана за несколько пикосекунд — триллионных долей секунды. «Это почти в тысячу раз быстрее, чем было возможно ранее чисто электронными методами, и может быть сгенерировано по требованию с помощью терагерцового излучения», — подчеркивает Черников.

 

Новый метод открывает интересные перспективы для исследований. Следующим шагом может стать расширение продемонстрированных процессов на множество сложных электронных состояний и материальных платформ. Таким образом, необычные квантовые состояния материи, возникающие из-за сильного взаимодействия между многими частицами, станут доступными, как и приложения при комнатной температуре.

 

Результаты также могут оказаться полезными для будущих приложений, например, в сенсорной технике или оптической обработке данных.

 

«Было бы разумно адаптировать эффект для новых типов модуляторов с быстрым переключением», — объясняет Виннерл. «В сочетании с ультратонкими кристаллами это можно было бы использовать для разработки компонентов, которые одновременно являются чрезвычайно компактными и способны электронным образом управлять оптически закодированной информацией».

 

Другой областью применения может стать обнаружение и визуализация технологически значимого терагерцового излучения .

 

«На основе продемонстрированных процессов переключения в атомарно тонких полупроводниках в долгосрочной перспективе может оказаться возможным разработать детекторы, которые работают в терагерцовом диапазоне, регулируются в широком диапазоне частот и могут быть реализованы как терагерцовые камеры с большим количеством пикселей», — предполагает Черников. «В принципе, даже сравнительно низкой интенсивности должно быть достаточно для запуска процесса переключения».

 

Преобразование трионов в экситоны приводит к характерным изменениям в длине волны излучаемого ближнего инфракрасного света. Обнаружение этого и преобразование в изображения было бы довольно простым и могло бы быть достигнуто с использованием уже существующих современных технологий.

 
 

 

 
Николаева Мария Опубликовано в Наука   Теги Новости
Читайте также
Археологи обнаружили 5000-летнюю деревянную платформу под шотландским кранногом Археологи обнаружили 5000-летнюю деревянную платформу под шотландским кранногом В темных водах отдаленного шотландского озера археологи сделали открытие, которое меняет наше понимание доисторической инженерии. Используя инновационную мелководную фотограмметрию, исследователи из Университета Саутгемптона и Университета Рединга подтвердили, что кранног Лох-Бхоргастейл,…
В венгерской шахте обнаружены сооружения бронзового века и золотые украшения В венгерской шахте обнаружены сооружения бронзового века и золотые украшения Археологическая исследовательская группа из Музея Германа Отто возобновила раскопки в окрестностях открытого угольного рудника Бюккабрани на севере Венгрии, продолжив работы, начатые летом 2024 года. За это время специалисты обнаружили ряд…
Мехико тонет, и новый спутник может наблюдать за этим в режиме реального времени Мехико тонет, и новый спутник может наблюдать за этим в режиме реального времени Согласно новым спутниковым снимкам, опубликованным на этой неделе НАСА, Мехико опускается почти на 25 сантиметров в год, что делает его одним из самых быстро опускающихся мегаполисов в мире. Мексиканская столица…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 347 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 347 украинских БПЛА Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили над российскими регионами, Азовским, Каспийским и Черным морями 347 украинских беспилотников, сообщили в Минобороны РФ. В результате украинской атаки на Брянск пострадали 13…
Гладков: в Белгородской области при атаке ВСУ на служебный микроавтобус погибла женщина Гладков: в Белгородской области при атаке ВСУ на служебный микроавтобус погибла женщина Вооруженные силы Украины целенаправленно атаковали служебный микроавтобус в Белгородской области, в результате атаки погибла женщина, еще двое мужчин получили ранения. Об этом сообщил губернатор Вячеслав Гладков. "В селе Вознесеновка вражеский…
Провал "антиСВО" и опасность милитаризации Германии. Заявления Дмитрия Медведева Провал "антиСВО" и опасность милитаризации Германии. Заявления Дмитрия Медведева Еэсовская "антиСВО", где ФРГ стремится играть первую скрипку, не достигла результатов. На это указал зампредседателя Совбеза России Дмитрий Медведев в статье о милитаризации Германии, опубликованной RT. По мнению политика, вооружающаяся…
Тема дня
Как вьетнамцы в 1954 году устроили французам Сталинград Как вьетнамцы в 1954 году устроили французам Сталинград

7 мая 1954 года 11 тыс. французов сдались бойцам Вьетминя после битвы при Дьенбьенфу. Это была блест...

Фото
Мозг в основном полагается на бедра для точной оценки размеров женского тела Мозг в основном полагается на бедра для точной оценки размеров женского тела

Когда люди оценивают физические размеры другого человека, им не нужно осматривать всё тело целиком, ...

Опрос

С каким чувством вы смотрите в будущее?

 

Анекдот дня

Кто виноват?

Что делать?

А зачем?

Еще »

Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.

Интересные материалы
МЫ ВКОНТАКТЕ

Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций

(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном

цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с

точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии

предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей

сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".