Слоистые материалы, в которых электроны ограничены двумя измерениями, могут быть преобразованы в новые электронные структуры с уникальными электронными и оптическими свойствами. Оптическое манипулирование электронами может привести к новым режимам преобразования энергии и вычислительным устройствам, таким как электроника, основанная на состояниях энергетических долин вместо традиционной электроники, основанной на потоках и накоплении зарядов.
Новый ультратонкий полупроводниковый материал (дисульфид вольфрама или WS2) состоит из трех атомных слоев в конфигурации «атомного сэндвича» со слоем атомов вольфрама тяжелого металла между слоями атомов серы более легких элементов. Материал является квазидвумерным, толщиной всего в три атома и демонстрирует уникальную электронную структуру с небольшими различиями в зависимости от направления относительно повторяющихся атомных связей в плоскости слоя. Различия создают две различные, но похожие впадины в электронной структуре, где электроны могут накапливаться в разных направлениях, но с соответствующими энергетическими уровнями и промежутками, которые равны.
Добавление определенного типа лазерного луча, в котором направление поляризации (направление взаимодействующих электрических сил) вращается по мере распространения света, создает новый тип электронной энергетической структуры, которую можно исследовать и манипулировать ею. Электронно-структурный ландшафт, который начинался с двух одинаковых долин, также можно сделать так, чтобы он имел разные отчетливые долины с разной энергетической глубиной.
Глубиной впадины теперь можно управлять с помощью света для кодирования такой информации, как нули и единицы для обычных данных. Кроме того, изменение энергии впадин с помощью света позволяет быстро манипулировать без необходимости контакта со сложными электродами, как в традиционной электронике.
Эта работа была поддержана Министерством энергетики США, Управлением науки, Управлением фундаментальных энергетических наук (оптические лазерные эксперименты и анализ данных); Национальный научный фонд (материальный рост, первоначальная характеристика и теоретическая интерпретация); и Министерство науки и технологий Китайской Республики. Публикации