Управлять светом, как программой: найден ключ к энергетически эффективным компьютерам

Что если можно было бы управлять светом и информацией на уровне, меньшем атома? Учёным из Лозанны это удалось — и их открытие может кардинально изменить подход к созданию энергоэффективной электроники.

Кто такие экситоны и почему это важно

Экситон — это не самостоятельная частица, а пара: возбужденный электрон и "дырка", которую он оставил на своём месте. Электрон несёт отрицательный заряд, а дырка — положительный. Вместе они связаны кулоновским взаимодействием и образуют экситон. Такие квазичастицы встречаются только в полупроводниках и изоляторах, особенно в материалах толщиной в несколько атомов.

Новый шаг в валлетронике

Исследователи из Лаборатории наномасштабной электроники и структур (LANES), входящей в Федеральную политехническую школу Лозанны (EPFL), первыми научились управлять потоками экситонов при комнатной температуре. Это стало основой для нового направления — валлетроники, где информация кодируется через так называемые "долины" экситонов.

Квантовые эффекты из двумерных материалов

Учёные соединили два двумерных материала — диселенид вольфрама (WSe₂) и диселенид молибдена (MoSe₂), создав уникальный муаровый узор. С его помощью и под действием лазерного света с круговой поляризацией они смогли контролировать свойства экситонов: длину волны, интенсивность и даже поляризацию света.

Как это работает

У экситонов есть одна особенность — энергетические "долины", в которых может находиться электрон и дырка. Меняя поляризацию света, можно выбирать нужную долину, а это уже напоминает бинарную логику: 0 и 1.

"Соединение нескольких устройств, использующих эту технологию, мы получили бы новый способ обработки данных, — говорит руководитель LANES Андрас Кис. — Изменяя поляризацию света в одном устройстве, мы можем выбрать определённую долину во втором. Это похоже на переключение с 0 на 1 или наоборот".

Почему это открытие так важно

Снижение энергетических потерь, минимальное тепловыделение и возможность работы при комнатной температуре — это делает технологию идеальной для создания следующего поколения электроники. И, возможно, именно экситоны станут ключом к новым вычислительным архитектурам.

Уточнения

Эксито́н (лат. excito - "возбуждаю") — квазичастица, представляющая собой электронное возбуждение в диэлектрике, полупроводнике или металле, мигрирующее по кристаллу и не связанное с переносом электрического заряда и массы.