Суббота 29 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
Новый вид бактерий внёс поправки в теорию эволюции Новый вид бактерий внёс поправки в теорию эволюции Чешские биологи рассказали об уникальном открытии, что меняет привычные представления о древе жизни. В лабораторных образцах, что собраны у берегов Хорватии еще в 2011 году, недавно случайно обнаружили микроскопический организм,…
Залив между Азией и Африкой расширяется на 0,5 миллиметра каждый год Залив между Азией и Африкой расширяется на 0,5 миллиметра каждый год Тектоническая граница между Африкой и Азией, возможно, постепенно отдаляется друг от друга, поскольку новые данные показывают, что разлом вблизи границы двух континентов медленно расходится в разные стороны со скоростью очень,…
ВMJ Mental Health: Выявлен неожиданный эффект кофе при шизофрении ВMJ Mental Health: Выявлен неожиданный эффект кофе при шизофрении Потребление трёх-четырёх чашек кофе в день способно замедлить биологическое старение у людей, страдающих тяжелыми психическими расстройствами. Тако вывод ученых Королевского колледжа Лондона из исследования, итоги которого опубликованы в журнале BMJ…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 103 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 103 украинских БПЛА Российские средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили над регионами РФ и Азовским морем 103 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами…
В Подмосковье за подготовку теракта на газопроводе задержали агента Киева  В Подмосковье за подготовку теракта на газопроводе задержали агента Киева  ФСБ задержала в Московской области гражданина России, готовившего по заданию спецслужб Украины теракт на магистральном газопроводе. Об этом ТАСС сообщили в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ России. "Федеральной службой безопасности…
Орбан оценил итоги переговоров с Путиным в Кремле как успешные Орбан оценил итоги переговоров с Путиным в Кремле как успешные Премьер-министр Венгрии Виктор Орбан расценил итоги своей встречи с президентом России Владимиром Путиным 28 ноября в Кремле как успешные. "Успешные переговоры в Москве: энергоснабжение Венгрии остается надежным", - написал глава…
Тема дня
Италия подыгрывает США и заигрывает с Россией Италия подыгрывает США и заигрывает с Россией

«Итальянцы хитрят». Такими словами эксперты комментируют неожиданное признание руководства Италии в ...

Фото
Современные люди прибыли в Австралию двумя путями 60 000 лет назад  Современные люди прибыли в Австралию двумя путями 60 000 лет назад 

Новое исследование почти 2500 геномов, возможно, наконец положит конец спору о том, когда современны...

Опрос

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

 

Анекдот дня

- Ты сильный, ты справишься.

- Я умный. Я даже не возьмусь.

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)".