Topografie van het tweedimensionale kristal bovenop het microscopisch kleine draadje aangegeven met stippellijnen. Excitonen bewegen vrij langs de door de draad veroorzaakte deuk, maar kunnen er niet in de loodrechte richting aan ontsnappen. Krediet: Florian Dirnberger.
Van een team van natuurkundigen van City College of New York en hun medewerkers in Japan en Duitsland komt een nieuwe vooruitgang in de studie van excitonen – elektrisch neutrale quasideeltjes die voorkomen in isolatoren, halfgeleiders en sommige vloeistoffen. De onderzoekers hebben een “excitonische” draad gemaakt, of een eendimensionaal kanaal voor excitonen. Deze resulterende apparaten zouden op een dag bepaalde taken kunnen vervangen die nu worden uitgevoerd door standaard transistortechnologie.
Florian Dirnberger, postdoc in de onderzoeksgroep van Vinod Menon in CCNY’s Center for Discovery and Innovation, en een van de hoofdauteurs van de studie die in het tijdschrift verschijnt Wetenschappelijke vooruitgang, gedetailleerd de doorbraak van het team. “Onze belangrijkste prestatie was om deze excitonische draden te creëren, in wezen eendimensionale kanalen voor excitonen in wat anders een tweedimensionale halfgeleider is”, zei hij. “Omdat ladingsneutrale excitonen niet alleen worden bestuurd door externe spanningen, moesten we vertrouwen op een andere benadering. Door het atomair dunne 2D-kristal op een microscopisch kleine draad te deponeren, duizend keer dunner dan een mensenhaar, creëerden we een kleine, langgerekte deuk in het tweedimensionale materiaal, die de atomen in het tweedimensionale kristal enigszins uit elkaar trekt en spanning in het materiaal induceert.Voor excitonen lijkt deze deuk veel op een pijp voor water en eenmaal erin gevangen, zijn ze gebonden aan bewegen langs de pijp, het realiseren van quasi eendimensionaal transport van excitonen.”
Deze vooruitgang biedt mogelijkheden voor nieuwe apparaten.
“Het manipuleren van de beweging van excitonen op nanoschaal realiseert een belangrijke stap in de richting van excitonische apparaten”, merkte Dirnberger op. “Platformen gebaseerd op tweedimensionale halfgeleider overgangsmetaal dichalcogeniden bieden een interessante nieuwe benadering genaamd straintronics.”
Mogelijke resultaten zijn onder meer innovatieve apparaten op basis van excitonen die bij kamertemperatuur werken en bepaalde taken kunnen vervangen die worden uitgevoerd door hedendaagse transistortechnologie.
Florian Dirnberger et al, Quasi-1D-excitonkanalen in door spanning ontworpen 2D-materialen, wetenschappelijke vooruitgang (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abj3066
wetenschappelijke vooruitgang
Geleverd door City College of New York
