受电场控制 用光读写信息 暗三离子或改变信息传播方式

发布时间:2019-07-15 信息来源: 安徽科技厅

电子靠边站,暗三离子要“发威”!据物理学家组织网9日报道,由美国加州大学河滨分校物理学家领导的一个研究小组观察、表征并控制了一种半导体材料——超净单层钨二硒化物(WSe2)中的暗三离子(Dark trion),这一最新进展有望改变信息的传输方式。

在WSe2等半导体中,三离子是三个带电粒子的量子束缚态。带负电的三离子包含两个电子和一个空穴;带正电的三离子包含两个空穴和一个电子。空穴是半导体中电子的空位,行为类似于带正电的粒子。因为三离子包含三个相互作用的粒子,所以能比单个电子携带更多信息。此外,由于三离子携带净电荷,其运动可通过电场控制,因此可用作信息载体;其还具有可控的自旋和动量值以及丰富的内部结构,可用于编码信息。

三离子可分为拥有不同自旋配置的亮三离子和暗三离子两种。亮三离子包含一个电子和一个拥有相反自旋的空穴;暗三离子包含一个电子和一个拥有相同自旋的空穴。亮三离子与光强烈耦合并发光,这意味着它们会迅速衰减;而暗三离子与光的耦合很弱,这意味着它们衰减的速度更慢。此外,暗三离子的寿命比亮三离子长100多倍,这意味着信息能传输更长距离。

研究负责人、物理和天文学助理教授吕春红(音译)解释说,大多数研究都集中在亮三离子上,因为它们发出的光多,容易测量,但他们的研究集中在暗三离子上。单层WSe2原子内部暗三离子的能级低于亮三离子的能级,因此,暗三离子可大量聚集,使其可被探测到。此外,通过简单地调节外部电压,可持续地将带正电的暗三离子变成带负电的暗三离子。

接下来,该团队计划用暗三离子演示信息的实际传输。吕春红说:“我们打算展示第一个使用暗三离子传输信息的工作设备,如果这样的原型设备可以工作,那么暗三离子可以用来传输量子信息。我们可以用光书写和阅读三离子携带的信息,并控制信息在其中的编码方式,以实现新的信息传播方式。”

总编辑圈点

尽管听起来,“改变信息传播方式”是一项里程碑式的研究,但实际上,其仍是处于概念验证的研究水平,距离那一步还非常遥远。表征并控制了暗三粒子,与这一传输方式真正走出实验室,很可能是一个时间跨度非常大的过程。现阶段,利用暗三离子传输信息的原型机还没有问世,问世后是否可以正常运作、能以什么效率传输多大的信息量,皆不可测,更遑论要将电子挤出信息通讯界了。