密歇根大学开发的一种用于移动激子的新型“电线”可以帮助实现新型设备，其中可能包括室温量子计算机。更重要的是，该团队观察到了对爱因斯坦关系式的严重违反，爱因斯坦关系式用于描述粒子如何在空间中扩散，并利用它以比以前小得多的封装形式 移动激子。
“大自然在光合作用中使用激子。我们在 OLED 显示器、一些 LED 和太阳能电池中使用激子，”负责监督实验工作的ACS Nano研究的共同通讯作者、电气和计算机工程副教授 Parag Deotare 说。该研究的标题是“通过一维波导中的抑制扩散增强激子漂移传输”。
“将激子移动到我们想要的位置的能力将帮助我们提高已经使用激子的设备的效率，并将激子扩展到计算领域。”
激子可以被认为是一个粒子(因此是准粒子)，但它实际上是一个与材料晶格中带正电的空空间(“空穴”)相连的电子。由于激子没有净电荷，因此移动的激子不受寄生电容的影响，寄生电容是器件中相邻组件之间的电相互作用，会导致能量损失。
激子也很容易与光相互转换，因此它们为使用光学和激子学组合而不是电子学的极其快速和高效的计算机开辟了道路。
负责该理论的研究的共同通讯作者、电气和计算机工程教授 Mackillo Kira 表示，这种组合可能有助于实现室温量子计算。
激子可以编码量子信息，并且它们在量子信息上的停留时间比半导体内的电子更长。但该时间最多仍以皮秒(10 -12秒)为单位进行测量，因此 Kira 和其他人正在研究如何使用飞秒激光脉冲(10 -15秒)来处理信息。
“全量子信息应用仍然具有挑战性，因为量子信息的退化对于普通电子产品来说太快了，”他说。“我们目前正在探索光波电子学作为一种手段，以极快的处理能力增强激子学。”
然而，净电荷的缺乏也使得激子很难移动。此前，德奥塔尔领导了一项利用声波推动激子穿过半导体的研究。现在，金字塔结构可以更精确地传输少量激子，像电线一样局限于一维。
它的工作原理是这样的
研究小组使用激光在金字塔底部的一角产生激子云，将电子从半导体的价带弹回导带，但带负电的电子仍然被金字塔中留下的带正电的空穴吸引。价带。该半导体是单层二硒化钨半导体，只有三个原子厚，像一块有弹性的布一样覆盖在金字塔上。半导体的拉伸改变了激子所经历的能量景观。
当我们想象一个主要由重力控制的能量景观时，激子应该沿着金字塔的边缘上升并停留在峰值，这似乎违反直觉。但相反，情况是由半导体的价带和导带之间的距离决定的。两者之间的能隙，也称为半导体的带隙，在半导体被拉伸的地方缩小。激子迁移到最低能量状态，汇集到金字塔的边缘，然后升至峰值。
通常，爱因斯坦写下的方程能够很好地描述一堆粒子如何向外扩散和漂移。然而，半导体并不完美，这些缺陷充当了陷阱，当激子试图漂移时会捕获它们。由于激子云尾部的缺陷被填充，分布的该侧如预测的那样向外扩散。然而，领先优势并未延伸至此。爱因斯坦的关系偏离了十分之一以上。
“我们并不是说爱因斯坦错了，但我们已经证明，在像这样的复杂情况下，我们不应该利用他的关系来预测扩散中激子的迁移率，”该书的共同第一作者马蒂亚斯·弗洛里安(Matthias Florian)说。这项研究和一位电气和计算机工程研究人员在基拉的领导下工作。
为了直接测量这两者，该团队需要检测当束缚的电子和空穴自发重组时发射的单光子。通过飞行时间测量，他们还确定了光子的来源，足够精确地测量云内激子的分布。
金字塔结构是在卢里纳米加工设施中建造的。该团队已在密歇根大学创新合作伙伴关系的协助下申请专利保护，并正在寻找合作伙伴将该技术推向市场。
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