Вторник 16 сентября 2025 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
Островные муравьи демонстрируют признаки невидимого «апокалипсиса насекомых» Островные муравьи демонстрируют признаки невидимого «апокалипсиса насекомых» Новое исследование показало, что новый подход к анализу музейных образцов выявил значительное сокращение численности местных видов муравьев Фиджи с момента прибытия людей на острова. Исследование опубликовано в журнале Science. По…
Ученые обнаружили на Луне свежие валуны Ученые обнаружили на Луне свежие валуны Изучив тысячи спутниковых снимков, исследователи геолоцировали 245 свежих следов валунов, выявив признаки сейсмической активности или ударных событий за последние полмиллиона лет. Когда валун катится по склону скалы на Луне, он…
Редкая сабля аварской эпохи обнаружена в Венгрии Редкая сабля аварской эпохи обнаружена в Венгрии Венгерские археологи совершили знаменательное открытие: недалеко от города Секешфехервар была обнаружена редкая сабля аварского периода. Эта находка, которая, по словам экспертов, проливает новый свет на значение региона в эпоху раннего…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 87 украинских беспилотников МО: за ночь над регионами России сбили 87 украинских беспилотников Силы ПВО за ночь уничтожили и перехватили 87 украинских беспилотников над регионами России, сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи с 23:00 до 06:00 мск дежурными средствами ПВО уничтожены…
Гладков: при атаке БПЛА на село Белгородского района погиб житель Гладков: при атаке БПЛА на село Белгородского района погиб житель Мужчина погиб при атаке дрона Вооруженных сил Украины на село Лозовое Белгородского района, сообщил в своем Telegram-канале губернатор региона Вячеслав Гладков. "В результате очередного террористического удара со стороны ВСУ погиб…
В Новосибирске задержали женщину, подозреваемую в подрыве Транссиба В Новосибирске задержали женщину, подозреваемую в подрыве Транссиба Силовики задержали в Новосибирске гражданку России, подозреваемую в диверсии на участке Транссибирской магистрали по заданию украинских спецслужб, надеявшуюся получить вознаграждение женщину заключили под стражу, сообщает ЦОС ФСБ РФ. "Федеральной службой…
Тема дня
За перекрытие белорусской границы объясняться Польше придется перед Китаем За перекрытие белорусской границы объясняться Польше придется перед Китаем

Польша официально и на неопределенный срок перекрыла один из главных торговых путей планеты – магист...

Фото
Новый вид вымершего грызуна семейства восьмизубовых обнаружен в Бразилии Новый вид вымершего грызуна семейства восьмизубовых обнаружен в Бразилии

Палеонтологи идентифицировали новый вид грызунов Acarechimys — вымершего рода, широко распространенн...

Опрос

Когда закончится СВО?

 

Анекдот дня

Канцлер Германии Мерц вознамерился экономически истощить Россию, а для начала решил потренироваться на Германии.

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)".