由加州大學(xué)河濱分校物理學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組揭示了Valley電子學(xué)中一種新的量子過(guò)程，這種過(guò)程可以加快這項(xiàng)相當(dāng)新的技術(shù)發(fā)展。valleytronics是“谷”和“電子”的組合，在半導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)中使用局部能量最小值（谷）。

當(dāng)前半導(dǎo)體技術(shù)使用電子電荷或自旋來(lái)存儲(chǔ)和處理信息。然而，在一些半導(dǎo)體中，電子的能量最小值谷用于編碼、處理和存儲(chǔ)信息。Valleytronic系統(tǒng)具有提供優(yōu)于基于電荷和自旋半導(dǎo)體技術(shù)信息處理方案的潛力。

加州大學(xué)河濱分校領(lǐng)導(dǎo)的研究小組專注于單層二硒化鎢(WSe2)，這是一種具有兩個(gè)不同電子谷的二維半導(dǎo)體。激發(fā)電子傾向于松弛并在其中一個(gè)谷中積累，以獲得一個(gè)谷指數(shù)(K或K‘)。谷指數(shù)可以用來(lái)表示1和0來(lái)編碼信息，就像電荷在當(dāng)前技術(shù)中使用一樣。激子和三角子也可以占據(jù)單層WSe2中的谷，并用于傳輸谷信息。激子是電子和電子空穴的量子束縛態(tài)，三角子是三個(gè)帶電粒子的量子束縛態(tài)。單層WSe2具有不同自旋構(gòu)型的亮和暗激子或三角子；亮迅速衰減為光，而暗衰減緩慢為光。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的加州大學(xué)河濱分校物理和天文學(xué)系助理教授春洪“約書亞”呂(Chun Hung“Joshua”Lui)說(shuō)：Valley電子學(xué)的發(fā)展需要穩(wěn)定谷狀態(tài)和容易識(shí)別的谷指數(shù)。單層WSe2中的暗激子和三角子，比普通亮激子和三角子具有更長(zhǎng)的壽命和更好的谷穩(wěn)定性。因此，暗激子和三角子是極好的Valley電子應(yīng)用候選者。直到現(xiàn)在還沒有方法可以讀取暗激子和三角子的谷指數(shù)，因?yàn)樗鼈儚娜我还劝l(fā)射的光具有完全相同的能量和偏振，使得這兩個(gè)谷彼此難以區(qū)分。

研究小組現(xiàn)在已經(jīng)通過(guò)確定一個(gè)可測(cè)量的物理量來(lái)克服這個(gè)障礙，這個(gè)物理量可以區(qū)分暗激子和三角子的兩種谷值指數(shù)。研究人員在單層WSe2中觀察到一種新的暗激子和三子衰變過(guò)程，這使科學(xué)家們能夠確定它們的谷指數(shù)，一個(gè)暗激子或三角子可以衰變成一對(duì)具有獨(dú)特谷號(hào)的光子和聲子。光子是電磁波的量子，當(dāng)電磁場(chǎng)振蕩或旋轉(zhuǎn)時(shí)，它可以具有線性或手性極化。電磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向決定了手性光子是右手性還是左手性，同樣，聲子是材料中原子振動(dòng)的量子。

原子振動(dòng)通常涉及原子的線性振動(dòng)，但在某些特殊情況下，原子可以旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生所謂的手性聲子。原子旋轉(zhuǎn)方向決定了手性聲子是右手性聲子還是左手性聲子。研究發(fā)現(xiàn)K谷中的暗激子衰變?yōu)橛沂中怨庾雍妥笫中月曌?，而相反K‘谷中的暗激子衰變?yōu)樽笫中怨庾雍陀沂中月曌樱l(fā)射光子的是暗激子和三角子谷指數(shù)的明顯特征。讀取暗態(tài)谷的能力可以促進(jìn)對(duì)暗態(tài)谷動(dòng)力學(xué)的探索和在谷電子技術(shù)中的應(yīng)用。這項(xiàng)研究發(fā)表在《物理評(píng)論研究》期刊上。

博科園｜研究/來(lái)自：加州大學(xué)河濱分校

參考期刊《物理評(píng)論研究》

DOI: 10.1103/PhysRevResearch.1.032007

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