「激子」為高性能電子產品鋪平了道路!

2020-12-04 博科園
博科園-科學科普：物理學類

在開發出一種在室溫下控制激子流動的方法之後，EPFL的科學家們發現了這些準粒子的新特性，這些特性將促使更節能的電子設備產生。這是是第一個在室溫下控制激子流動。現在，來自EPFL納米電子和結構實驗室(lane)的科學家們又向前邁進了一步，已經找到了一種方法來控制激子的一些性質並改變激子產生光的偏振。這可以導致新一代的電子器件的電晶體，經歷更少的能量損失和散熱。科學家們的這一發現是電子學研究新領域的一部分，並於2019年1月4日發表在《自然光子學》上。

博科園-科學科普：激子是當電子吸收光並移動到更高能級時產生的，也就是固體量子物理學中所說的「能帶」。這個被激發的電子在它之前的能帶上留下一個「電子空穴」。因為電子帶負電荷，而空穴帶正電荷，所以它們被一個叫做庫侖力的靜電力束縛在一起。這個電子-電子空穴對被稱為激子。

前所未有的量子特性

激子只存在於半導體和絕緣材料中，在基本結構只有幾個原子厚的二維材料中，可以很容易地獲得它們非凡的性質，這類材料最常見的例子是碳和鉬礦。當這類二維材料結合在一起時，它們往往表現出兩種材料都不具備的量子特性。因此，EPFL的科學家們將鎢二硒化鎢(WSe2)和鉬二硒化鉬(MoSe2)結合起來，揭示了具有一系列可能的高科技應用新特性。利用雷射產生具有圓偏振的光束，並將兩種二維材料的位置稍作改變，形成雲紋圖案，利用激子來改變和調節光的偏振、波長和強度。

從一個山谷到另一個山谷

科學家們通過操縱激子的一種屬性（它們的「谷」）實現了這一點，谷與電子和黑洞的能量極值有關。這些山谷（valleytronics這個名字的由來）可以用來在納米級別上編碼和處理信息。lane負責人安德拉斯基斯(Andras Kis)表示：將幾臺採用這種技術的設備連接起來，將為我們提供一種處理數據的新方法。通過改變一個特定設備的光偏振，可以在第二個連接到它的設備上選擇一個特定的山谷。這類似於從0到1或從1到0的轉換，這是計算中使用的基本二進位邏輯。

博科園-科學科普｜Sarah Perrin, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne研究/來自：洛桑聯邦理工學院參考期刊文獻:《Nature Photonics》論文DOI：10.1038/s41566-018-0325-y博科園-傳遞宇宙科學之美

相關焦點

  • 新加坡科學家打造出兆赫茲無線晶片，為邁向6G 鋪平道路
    新加坡南洋理工大學和日本大阪大學科學家運用稱為光子拓撲絕緣體（photonic topological insulators）的概念，打造了一種能傳輸兆赫茲波的新晶片，為實現超過5G 標準的數據傳輸速度鋪平道路。
  • 化學為改善電子材料鋪平道路
    導讀據瑞典林雪平大學官網近日報導，該校科學家開發出一種可用於製備高品質氮化銦的新型分子，使在高頻電子器件等產品中使用氮化銦成為可能。創新近日，瑞典林雪平大學（ Linköping University）的科學家們開發出一種可用於製備高品質氮化銦的新型分子，使在高頻電子器件等產品中使用氮化銦成為可能。研究成果發表在《材料化學（Chemistry of Materials）》雜誌上。
  • 為量子計算鋪平道路!拓撲絕緣體材料突破登上《自然》
    為量子計算鋪平道路！他們發明了一種全新材料，既具有強相關性電子相互作用，同時還具有拓撲特性的材料。這意味著，科學家們探索物理世界有了新平臺，更重要的是，他們為更穩定的量子計算鋪平了道路。這項研究和拓撲絕緣體有關，發表在了《自然》的子刊《自然-物理學》上。簡單科普一下拓撲絕緣體的概念。首先，拓撲本身是個數學概念，它研究的是「不連續」的特徵。
  • 研究團隊利用激子將電子學帶向未來
    激子可以徹底改變工程師研究電子產品的方式。一組瑞士洛桑聯邦理工學院研究人員創造了一種新型電晶體，其中一種是使用激子而不是電子的電路元件。值得注意的是，它們的激子基電晶體在室溫下有效地發揮作用，這是迄今為止不可逾越的障礙。他們通過使用兩個2-D材料作為半導體實現了這一點。
  • 新加坡科學家打造出萬億赫茲無線晶片，為邁向6G鋪平道路
    新加坡南洋理工大學和日本大阪大學科學家運用稱為光子拓撲絕緣體（photonic topological insulators）的概念，打造了一種能傳輸萬億赫茲波的新晶片，為實現超過5G標準的數據傳輸速度鋪平道路。
  • 研究發現激子可以使電子設備更節能
    EPFL研究人員已經開發出一種新方法，他們相信這種方法可以使未來電子設備更加節能。
  • 神奇的「激子」：新一代電子器件將更節能！
    自旋，是電子與生俱來的量子物理特性，它可以被理解為一種角動量，要麼「向上」，要麼「向下」。自旋電子器件的潛力巨大，與傳統電子器件相比，它們產生的熱量很少，耗費的電量也很少。目前，科學家們已經探索出一些自旋電子器件，包括邏輯器件與存儲器件，例如：美國德克薩斯大學達拉斯分校科學家設計出的全碳自旋邏輯器件、新加坡國立大學領導的國際科研團隊發明的採用亞鐵磁體的自旋電子存儲器件。
  • 神奇的「激子」:新一代電子器件將更節能!
    然而除了電荷屬性，電子還具有自旋屬性。自旋，是電子與生俱來的量子物理特性，它可以被理解為一種角動量，要麼「向上」，要麼「向下」。自旋電子器件的潛力巨大，與傳統電子器件相比，它們產生的熱量很少，耗費的電量也很少。
  • 超級電容器有可能為電動汽車鋪平道路
    >據外媒New Atlas報導，德克薩斯農工大學的科學家們已經展示了一種具有出色 儲能潛力的植物型超級電容器，超級電容器有可能為電動汽車鋪平道路這是由造紙行業作為廢品大量生產的，實際上我們已經看到了一些有趣的突破，努力將這種聚合物回收到其他產品中，例如更堅固的混凝土和3D列印的生物漿。然而，新研究的作者希望用它來為一種用於超級電容器電極的材料--二氧化錳。與其他解決方案相比，這種化合物的納米顆粒提供了許多好處，但電化學性能是它們傾向於下降的地方。
  • 控制激子新方法有望催生更節能電子設備
    原標題：控制激子新方法有望催生更節能電子設備 據瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）官網近日報導，繼首次發現室溫下控制激子（exciton）流的方法之後，該校科學家更進一步，找到了新方法來控制激子的某些特性並改變它們產生的光的偏振，有望催生更節能的電子設備。
  • 基於二維半導體可逆摻雜的可編程電子產品
    基於二維半導體可逆摻雜的可編程電子產品近年來，研究人員一直在嘗試開發新型的高性能電子設備。隨著基於矽的器件正接近其最大性能，它們最近開始探索使用替代超導體製造電子器件的潛力。二維（2-D）半導體，例如石墨烯或二硒化鎢（WSe 2），對於電子學的發展特別有希望。
  • Husky-1立方衛星項目為未來的業餘無線電任務鋪平了道路
    AMSAT表示，Husky-1立方衛星項目為未來的任務鋪平了道路「 HuskySat-1團隊能夠指揮他們的衛星和實驗並接收他們想要的遙測，而AMSAT能夠通過廣泛的過程來為「他們沒有購買這種產品，也沒有將它們作為「現成的」產品提供給他們，因為我們計劃將來生產LTM。」LTM是根據Fox-1E線性應答器設計開發的。 「總的來說，即使LTM異常現象在實驗即將結束時，HuskySat-1團隊也對遙測和指令性能感到非常滿意，」 Buxton說。
  • 什麼是激子(Exciton),以及激子BEC的基本筆記
    研究「激」的意義電子器件的性能來到了物理極限。利用電荷來傳輸與處理數據，帶來的是發熱和性能降低。電子除了電荷，還有自旋。利用自旋的性質可改善這一情況。於是出現了很多自旋電子器件，如美國德克薩斯大學的全碳自旋邏輯器件，新加坡國立大學亞鐵磁體的自旋電子器件。電子除了電荷，自旋，還有第三個自由度-谷電子學（Valleytronics）.某些半導體，First Brillouin Zone的能帶有多個局部最小（大）值，這些最小值是一種自由度。
  • 阿富汗政府與塔利班談判達成「突破性進展」,為停火鋪平道路
    報導稱，這份協議是一項「突破」，為雙方進一步的討論鋪平了道路。這份協議允許談判人員繼續討論包括停火在內的更實質性的問題。就這份協議，阿富汗總統府發言人迪克·西迪基在推特上援引阿富汗總統的話寫道，「（該協議）是朝著包括停火在內的重要問題進行談判邁出的重要一步，這也是阿富汗人民最重要的要求。」
  • 透析OLED器件發展道路與未來可能的前景
    有機發光顯示器（OrganicLight-EmittingDiodeDisplay，OLED）具有視角寬、成本低、厚度薄、響應速度快、對比度高、可實現軟屏顯示等優點，在多元化的平板顯示器市場中被視為極具發展前途的新型顯示產品。
  • 復旦《Nano Lett》:首次報導一種高性能紫外光探測器
    該方法為基於大量層狀鈮酸鹽尋找新的紫外PDs提供了一般策略。Ca2Nb3O10納米片可能是下一代高性能紫外光電探測器的最佳半導體材料之一。紫外光電探測器(UV PDs)在空間探索、生物分析、環境傳感器、通信和成像等許多領域一直受到廣泛關注。理想的紫外光電探測器通常希望具有高靈敏度、高探測率、快速響應速度、高光譜選擇性、高穩定性。
  • 拓撲激子絕緣體相研究獲進展
    上世紀60年代，諾貝爾獎獲得者Mott提出激子絕緣相，Mott提出考慮庫侖屏蔽效應，在半金屬體系中電子-空穴配對而形成激子，可能會導致體系失穩
  • Nano Res:甲苯為碳源合成單壁碳納米管用於高性能透明導電薄膜
    本文報導僅使用甲苯作為碳源來製造高性能SWCNT TCF的研究。使用光學和顯微鏡技術闡明了每個觀察到的現象背後的機制。通過優化生長參數，可以獲得高產率的SWCNT TCF，在90％的透射率下，其薄層電阻僅為57Ω/ sq。這種有競爭力的光電性能主要歸因於薄膜中的長SWCNT束（平均長度為41.4μm）。
  • 激子絕緣體，研究證明了上世紀60年代的預測
    伍倫貢大學和莫納什大學的一項合作研究發現了證據，證明上世紀60年代預測的物質新階段——激子絕緣體，在銻銻(110)納米薄片中觀察到激子絕緣相的獨特特徵。這一發現為尋找可能攜帶激子超流體的激子絕緣體提供了一種新策略，進一步研究將需要充分理解這一物質新階段的豐富物理學。發現物質新相是凝聚態物理學的主要目標之一。
  • 激子絕緣體,研究證明了上世紀60年代的預測
    伍倫貢大學和莫納什大學的一項合作研究發現了證據，證明上世紀60年代預測的物質新階段——激子絕緣體，在銻銻(110)納米薄片中觀察到激子絕緣相的獨特特徵。這一發現為尋找可能攜帶激子超流體的激子絕緣體提供了一種新策略，進一步研究將需要充分理解這一物質新階段的豐富物理學。發現物質新相是凝聚態物理學的主要目標之一。