研究团队利用激子将电子学带向未来

激子可以彻底改变工程师研究电子产品的方式。一组瑞士洛桑联邦理工学院研究人员创造了一种新型晶体管，其中一种是使用激子而不是电子的电路元件。值得注意的是，它们的激子基晶体管在室温下有效地发挥作用，这是迄今为止不可逾越的障碍。他们通过使用两个2-D材料作为半导体实现了这一点。他们的研究，今天发表在《自然Nature》杂志上，在激子领域中有着许多启示，这是一个与光电子学和自旋电子学相结合的有前途的新研究领域。 w-lrnjs  
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“我们的研究表明，通过操纵激子，我们已经找到了一种全新的电子方法，”负责瑞士洛桑联邦理工学院纳米电子学与结构实验室（RANES）的Andras Kis说。“我们正在见证一个全新的研究领域的出现，我们还不知道它的全部范围。” 6mwvI4)  
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这一突破为光电子器件提供了一个阶段，它消耗更少的能量，并且比目前的器件更小和更快。此外，可以将光传输和电子数据处理系统集成到同一设备中，这将减少所需操作的数量并使系统更高效。 BjYOfu'~z  
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激子实际上是准粒子，这是一个研究术语，用来描述组成给定物质而不是物质本身的粒子之间的相互作用。激子由电子和电子空穴组成。当电子吸收光子并达到更高的能量水平时，这两个键结合在一起；“激发”的电子在先前的能级中留下一个空穴，带内理论称之为价带。这个空穴，也是一个准粒子，是这个带中缺失电子的指示。 T\jAk+$Jo  
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由于电子带负电荷，空穴带正电荷，这两个粒子仍然受到静电力的束缚。电子和空穴之间的这种键叫做库仑引力。正是在这种紧张和平衡的状态下，它们形成了激子。当电子最终回到黑洞中时，它发出光子。然后，激子停止存在。更简单地说，一个光子在电路的一端进入另一个，而在内部，它产生一个像粒子一样的激子。 0k%hY{  
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直到最近，研究人员才开始研究电子电路中激子的性质。激子中的能量一直被认为是太脆弱的，激子寿命太短，在这个领域中没有任何真正的兴趣。此外，激子只能在极低温度（约-173℃）的电路中产生和控制。 97!H`|u <  
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当瑞士洛桑联邦理工学院研究人员发现如何控制激子的寿命以及如何移动它们时，突破就来了。他们使用了两种2-D材料：钨二硒化物（WSE2）和二硫化钼（MoS2）。“这些材料中的激子表现出特别强的静电键，更重要的是，它们在室温下不会很快被破坏。”Kis解释道。
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研究人员还能够通过利用电子总是能实现到达二硫化钼，这显著延长了激子的寿命，而空穴总是在钨二硒化物中结束。研究人员用氮化硼（BN）保护半导体层，使激子保持更长的时间。 1ADv?+j)A/  
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Kis说：“我们创造了一种特殊类型的激子，在这两个方面与传统粒子相比区别更大。这延迟了电子返回到空穴并产生光的过程。正是在这个时刻，当激子保持偶极子形式时，它们可以被电场控制和移动。” gd K*"U  
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来源：https://phys.org/news/2018-07-team-excitons-electronics-future.html（实验帮译）