物理學家的新發(fā)現(xiàn)，或將徹底改變信息傳輸技術！物理學家已經在一種半導體——超薄單層二烯化鎢(WSe2)中觀察、表征和控制了暗三極管，這是一項可以提高容量和改變信息傳輸形式的成就。在半導體中，如WSe2，一個三極管（trion）是三個帶電粒子的量子束縛態(tài)。

一個負的三極管包含兩個電子和一個空穴，一個正的三極管包含兩個空穴和一個電子?？昭ㄊ前雽w中電子的空位，其行為類似于帶正電荷的粒子。

因為一個三極管包含三個相互作用的粒子，它可以攜帶比一個電子多得多的信息。今天大多數(shù)電子產品都使用單獨的電子來導電和傳輸信息。由于鐵離子攜帶凈電荷，它們的運動可以由電場控制。因此，三極管也可以用作信息載體。與單個電子相比，鐵離子具有可控的自旋和動量指標，具有豐富的內部結構，可以用來編碼信息，不同自旋構型的鐵離子可分為亮鐵離子和暗鐵離子。一個亮三極管包含一個電子和一個自旋相反空穴。

一個暗三極管包含一個電子和一個自旋相同的空穴。明亮的鐵離子與光強耦合，并有效地發(fā)光，這意味著它們衰變得很快。然而暗鐵離子與光的結合很弱，這意味著它們的衰變速度比亮鐵離子慢得多。研究人員測量了暗鐵離子的壽命，發(fā)現(xiàn)壽命比常見的亮鐵離子長100多倍。長壽命使得通過三極管在更長的距離上進行信息傳輸成為可能。領導這項研究的加州大學河濱分校物理學和天文學助理教授呂春洪(Joshua Lui)說：

研究可利用光來書寫和閱讀三極管信息，可以產生兩種類型的三極管（暗三極管和亮三極管）并控制它們如何編碼信息，研究結果發(fā)表在《物理評論快報》上。該研究論文的第一作者、Lui實驗室的博士后研究員劉二福(Erfu Liu)說：研究結果可以提供新的信息傳輸方式，暗三極管壽命長，可以幫助實現(xiàn)三極管的信息傳輸。就像在家里增加Wi-Fi帶寬一樣，三極管傳輸比單個電子傳輸更多的信息。

研究人員使用了類似石墨烯薄片的單層WSe2原子，因為WSe2中暗三極管能級低于亮三極管能級。因此，暗三極管可以積累大量的種群，從而使它們能夠被發(fā)現(xiàn)。目前大多數(shù)三極管研究都集中在亮三極管上，因為它們能發(fā)出很多光，而且很容易測量。但新研究關注的是在單層WSe2器件中，不同電荷密度下的暗離子及其詳細行為。研究能夠通過簡單地調整外部電壓來演示：從正的暗三極管到負的三極管的連續(xù)調諧

也能夠確認暗鐵離子和亮鐵離子的自旋結構。如果能夠利用暗三極管來傳輸信息，信息技術將會大大豐富。在這一發(fā)展過程中，主要的障礙是亮三極管壽命很短?，F(xiàn)在，長期存在的暗三極管可以幫助我們克服這個障礙。接下來，研究團隊計劃演示暗三極管對信息的實際傳輸。計劃展示第一個使用暗三極管傳輸信息的裝置，如果這樣一個原型暗三極管設備能夠工作，那么暗三極管還可以用來傳輸量子信息。

博科園｜研究/來自：加州大學河濱分校

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.027401

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