บาคาร่าเว็บตรง นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาและเยอรมนีใช้เทคนิคที่เรียกว่า Strain Engineering ได้สร้าง “excitonic wire” ซึ่งเป็นช่องทางหนึ่งมิติที่คู่อิเล็กตรอน-รู (excitons) สามารถไหลในเซมิคอนดักเตอร์สองมิติเช่นน้ำผ่านท่อ งานนี้สามารถช่วยในการพัฒนาอุปกรณ์ที่เหมือนทรานซิสเตอร์รุ่นใหม่ ในการศึกษา ทีมที่นำโดยVinod Menonที่City College of New York (CCNY) Center for Discovery and InnovationและAlexey Chernikovที่Dresden University of TechnologyและUniversity of Regensburg
ในเยอรมนีได้ฝากคริสตัล 2D บางอะตอม
ของ diselenide ทังสเตน ( ถูกห่อหุ้มด้วยวัสดุ 2D อีกตัวหนึ่ง นั่นคือโบไรด์ไนไตรด์หกเหลี่ยม) บนเส้นลวดนาโนขนาดบาง 100 นาโนเมตร การมีอยู่ของเส้นลวดนาโนทำให้เกิดรอยบุบเล็กๆ ยาวๆ ในทังสเตน diselenide โดยการดึงอะตอมออกจากกันเล็กน้อยในวัสดุ 2D และทำให้เกิดความเครียด Florian DimbergerและJonas Ziegler หัวหน้า ทีมวิจัย กล่าว, รอยบุบนี้มีลักษณะเป็น exciton เหมือนกับท่อที่ทำกับน้ำ เมื่อติดอยู่ข้างใน พวกเขาอธิบายว่า excitons จะต้องเคลื่อนที่ไปตามท่อ
การเคลื่อนไหวของ exciton แบบแอนไอโซทรอปิกสูง
เพื่อตรวจสอบการเคลื่อนไหวของ excitons นักวิจัยได้ใช้เทคนิคต่างๆ ร่วมกัน ในครั้งแรกที่รู้จักกันในชื่อกล้องจุลทรรศน์ชั่วคราว พวกเขาใช้พัลส์ของแสงเพื่อกระตุ้นโครงสร้าง 1D/2D แบบไฮบริด และเผยให้เห็นตำแหน่งของ excitons เทคนิคที่สอง การเรืองแสงที่แก้ไขเวลา เกี่ยวข้องกับการถ่ายภาพคู่ของรูอิเล็กตรอนด้วยกล้องส่องทางไกล ด้วยวิธีนี้ พวกเขาสามารถสังเกตการขนส่ง exciton ได้ทั้งที่อุณหภูมิห้องเย็นและอุณหภูมิห้อง
ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการเคลื่อนไหว
ของ excitons เป็นแบบแอนไอโซทรอปิกสูง โดยเกิดขึ้นตามทิศทางของช่องทางเท่านั้น อันที่จริง นักวิจัยได้กำหนดสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของ exciton ตามทิศทางของเส้นลวดนาโนให้สูงถึง 13.5 ± 1 ซม. 2 /s ซึ่งสอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของ exciton ที่มีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิห้อง 540 ซม. 2 /Vs ในทางตรงกันข้าม การแพร่กระจายของ exciton ในแนวตั้งฉาก ข้ามช่องสัญญาณ ลดลงเกือบเป็นศูนย์
การควบคุม excitons ในโครงสร้างมิติต่ำอื่นๆ
วัสดุทังสเตนไดเซลีไนด์ที่ใช้ในการทดลองนี้เป็นส่วนหนึ่งของตระกูลที่เรียกว่าไดคัลโคเจไนด์โลหะทรานซิชัน (TMDCs) วัสดุที่เป็นชั้นของ van der Waals (vdW) เหล่านี้มีสูตรทางเคมี MX 2โดยที่ M เป็นโลหะทรานซิชัน เช่น โมลิบดีนัมหรือทังสเตน และ X เป็น chalcogen เช่น กำมะถัน ซีลีเนียม หรือเทลลูเรียม
ในรูปแบบที่เป็นกลุ่ม TMDC ทำหน้าที่เป็นเซมิคอนดักเตอร์ช่องว่างแถบแบนด์ทางอ้อม อย่างไรก็ตาม เมื่อลดขนาดลงจนถึงความหนาของชั้นเดียว พวกมันคือเซมิคอนดักเตอร์ช่องว่างแถบแถบตรงที่สามารถดูดซับและเปล่งแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก คุณสมบัตินี้ทำให้ 2D TMDCs เป็นหน่วยการสร้างที่น่าสนใจอย่างมากสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ไดโอดเปล่งแสง เลเซอร์ เครื่องตรวจจับแสง และเซลล์แสงอาทิตย์ พวกเขายังสามารถใช้เพื่อสร้างวงจรสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเซ็นเซอร์กำลังต่ำ ยิ่งไปกว่านั้น ซึ่งแตกต่างจากเซมิคอนดักเตอร์ขนาดใหญ่ซึ่งมักจะเปราะ TMDC สามารถทนต่อความเครียดในระนาบได้สูงถึง 11% ทำให้เป็นวัสดุที่มีแนวโน้มว่าจะเป็นวัสดุสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นและเซ็นเซอร์สำหรับการเสียรูปทางกล
Excitons ใน TMDCs สร้างขึ้นอย่างตรงไปตรงมา
โดยใช้วัสดุที่น่าตื่นเต้นด้วยแสง พวกมันยังถูกผูกมัดอย่างแน่นหนาและเสถียรอย่างยิ่ง และไม่เหมือนกับอิเล็กตรอนที่พวกมันไม่มีประจุ ความสามารถในการควบคุมการเคลื่อนไหวจึงเป็นขั้นตอนสำคัญในการสร้างอุปกรณ์จากควอซิอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้องและอาจแทนที่งานบางอย่างที่ใช้เทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ในปัจจุบันในการควบรวมออปติกและอิเล็กทรอนิกส์นักวิจัยกล่าว ความเครียดทำให้เกิดผลกระทบฮอลล์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นในวัสดุชั้นเดียว
แพลตฟอร์มใหม่ซึ่งมีรายละเอียดอยู่ในScience Advancesอาจใช้เพื่อควบคุม exciton ในโครงสร้างมิติต่ำอื่นๆ ที่หลากหลาย ซึ่งรวมถึงโครงสร้าง heterostructure vdW ที่ออกแบบมาเพื่อรองรับการกระตุ้นที่เรียกว่า Moiré
การเคลื่อนไหว exciton 1D อย่างแท้จริง
แม้ว่างานปัจจุบันของพวกเขาจะอธิบายถึงการขนส่ง exciton แบบ quasi-1D ที่มีแอนไอโซโทรปีเกือบ 100% นักวิจัยแนะนำว่าวิธีการเดียวกันนี้สามารถลดขนาดลงเพื่อให้ได้ความกว้างของช่องสัญญาณเพียงสิบนาโนเมตร ช่องแคบดังกล่าวคาดว่าจะแสดงการเคลื่อนไหวของ exciton 1D อย่างแท้จริง และสามารถเปิดเผยปรากฏการณ์การขนส่งควอนตัม เช่น พฤติกรรมของเหลว Luttinger หรือผลการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นจำนวนมาก
เมื่อมองไปข้างหน้า ทีมงานกล่าวว่าขณะนี้มีแผนที่จะสำรวจความสามารถของช่องสัญญาณที่น่าตื่นเต้นเหล่านี้ในการส่งข้อมูลการหมุน “ความรู้นี้จะเป็นก้าวที่สำคัญสำหรับวงจรในอนาคตโดยอาศัย excitons แทนที่จะเป็นอิเล็กตรอน” Menon กล่าวกับPhysics World
ใยแก้วแกนกลวงพร้อมมัลติโหมด
ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยที่นำโดยLuca Razzariจากสถาบัน National de la Recherche Scientifique (INRS)ในแคนาดาได้รับแรงบันดาลใจจากงานบุกเบิกล่าสุดเกี่ยวกับผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นในเส้นใยแก้วที่รองรับหลายโหมด (นั่นคือ เส้นใยที่ลำแสงสามารถทำได้ มีรูปทรงเชิงพื้นที่ต่างๆ มากมายเมื่อขยายพันธุ์) โดยใช้ระบบเลเซอร์อิตเทอร์เบียมระดับอุตสาหกรรม โดยเริ่มจากการแพร่กระจายพัลส์อินฟราเรดที่ยาวกว่ามาก (175 fs) โดยมีศูนย์กลางอยู่ที่ความยาวคลื่น 1,035 นาโนเมตร ผ่านเส้นใยแกนกลวงยาว 3 ม. ที่เต็มไปด้วยก๊าซอาร์กอนที่ความดันประมาณ 3 บาร์. เมื่อโหมดต่างๆ ผสมกัน เอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นภายในแก๊สจะสร้างคลื่นแสงที่มองเห็นได้ยาว 4.6-fs ที่เอาต์พุตไฟเบอร์
ต่างจากวิธีการก่อนหน้าในการสร้างพัลส์แสงที่มองเห็นได้เกินขีด (ยาวนานประมาณสองรอบออปติคัล) วิธีนี้ไม่ต้องพึ่งพาอุปกรณ์ออปติคัลที่ซับซ้อนและมีราคาแพง เช่น แอมพลิฟายเออร์พารามิเตอร์ออปติคัล ตะแกรง และกระจกที่ส่งคลื่นรบกวนเพื่อบีบอัดพัลส์ที่สร้างขึ้น นักวิจัยกล่าวว่าสิ่งนี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาปรากฏการณ์พื้นฐานที่รวดเร็วเป็นพิเศษสามารถเข้าถึงได้ บาคาร่าเว็บตรง
