Пятница 14 ноября 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
Неандертальцы не исчезли с лица Земли, а стали частью современной популяции Неандертальцы не исчезли с лица Земли, а стали частью современной популяции Возможно, неандертальцы не были уничтожены катастрофой около 40 000 лет назад. Более того, возможно, они никогда по-настоящему не исчезали в определённом смысле. Новое исследование, изучающее поток генов между популяциями доисторических…
На юге Англии обнаружен «странный» новый вид древней ископаемой змеи На юге Англии обнаружен «странный» новый вид древней ископаемой змеи Вымершая змея выскользнула из безвестности спустя четыре десятилетия после своего открытия. Недавно описанный вид рептилий, Paradoxophidion richardoweni, даёт новые подсказки в поисках происхождения «продвинутых» змей. В 1981 году на скале…
Сканирование мозга выявило удивительный «переломный момент» перед засыпанием Сканирование мозга выявило удивительный «переломный момент» перед засыпанием Новое исследование показывает, что мы действительно «засыпаем». Вместо того чтобы спокойно погрузиться в сон, мозг быстро переходит в состояние сна после прохождения критической точки. Это исследование было опубликовано в журнале…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России и Черным морем сбили 216 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России и Черным морем сбили 216 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 216 украинских беспилотников над регионами России и Черным морем, сообщили в Минобороны РФ. В Новороссийске от атаки БПЛА пострадали контейнерный терминал НУТЭП ГК "Дело", гражданское…
ФСБ РФ предотвратила теракт спецслужб Украины на Троекуровском кладбище ФСБ РФ предотвратила теракт спецслужб Украины на Троекуровском кладбище  Сотрудники ФСБ предотвратили теракт против одного из высших чиновников России, взрыв хотели совершить у могилы его близких на московском кладбище с помощью спрятанной в вазе с цветами видеокамеры. Задержаны трое…
МО Литвы: восемь стран НАТО создадут европейские «коридоры военной мобильности» МО Литвы: восемь стран НАТО создадут европейские «коридоры военной мобильности» Восемь стран - членов Североатлантического альянса договорились о создании "коридоров военной мобильности" в Европе. Об этом сообщило министерство обороны Литвы. "Весь регион Центральной Европы и Северной Европы охватят единые установки…
Тема дня
Как США принуждают Зеленского к переговорам с Россией Как США принуждают Зеленского к переговорам с Россией

«Отказ от переговоров как с Россией, так и от диалога внутри страны чреват самым худшим для украинск...

Фото
Под озером Киргизии обнаружен затерянный средневековый город Под озером Киргизии обнаружен затерянный средневековый город

Археологи сделали удивительное открытие под мерцающими водами озера Иссык-Куль на востоке Кыргызстан...

Опрос

Как вы оцениваете заявления США о возможной передаче Украине ракет Tomahawk?

 

Анекдот дня

Севастополь - самый европейский из всех европейских городов. Именно здесь находятся английское, немецкое, французское, турецкое и даже итальянское кладбища, на которых покоятся те, кто когда-то усомнился в том, что Крым наш.

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)".