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Las imágenes de microscopía podrían conducir a nuevas formas de controlar los excitones para la computación cuántica – Centro de noticias

Los excitones están llamando la atención como posibles bits cuánticos (qubits) en las computadoras cuánticas del mañana y son fundamentales para la optoelectrónica y los procesos de recolección de energía. Sin embargo, estas cuasipartículas de carga neutra, que existen en los semiconductores y otros materiales, son notoriamente difíciles de confinar y manipular. Ahora, por primera vez, los investigadores han creado y observado directamente excitones altamente localizados confinados en pilas simples de materiales atómicamente delgados. El trabajo confirma las predicciones teóricas y abre nuevas vías para controlar los excitones con materiales personalizados.

«La idea de que se pueden localizar excitones en sitios reticulares específicos simplemente apilando estos materiales 2D es emocionante porque tiene una variedad de aplicaciones, desde dispositivos optoelectrónicos de diseño hasta materiales para la ciencia de la información cuántica», dijo Archana Raja, codirectora del proyecto. y un científico del personal en la Fundición Molecular del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), cuyo grupo dirigió la fabricación del dispositivo y la caracterización de la espectroscopia óptica.

El equipo fabricó dispositivos apilando capas de disulfuro de tungsteno (WS2) y diseleniuro de tungsteno (WSe2). Un pequeño desajuste en el espaciado de los átomos en los dos materiales dio lugar a una superred moiré, un patrón periódico más grande que surge de la superposición de dos patrones más pequeños con espaciado de elementos similar pero no idéntico. Usando herramientas de microscopía electrónica de última generación, los investigadores recolectaron datos estructurales y espectroscópicos en los dispositivos, combinando información de cientos de mediciones para determinar las ubicaciones probables de los excitones.

“Usamos básicamente todas las capacidades más avanzadas en nuestro microscopio más avanzado para hacer este experimento”.

– Pedro Ercio

“Utilizamos básicamente todas las capacidades más avanzadas en nuestro microscopio más avanzado para hacer este experimento”, dijo Peter Ercius, quien dirigió el trabajo de imágenes en el Centro Nacional de Microscopía Electrónica de Molecular Foundry. “Estábamos empujando los límites de todo lo que podemos hacer, desde hacer la muestra hasta analizar la muestra y hacer la teoría”.

Los cálculos teóricos, dirigidos por Steven Louie, científico sénior de la facultad en Berkeley Lab y distinguido profesor de física en UC Berkeley, revelaron que se llevan a cabo grandes reconstrucciones atómicas en los materiales apilados, que modulan la estructura electrónica para formar una serie periódica de «trampas». donde se localizan los excitones. El descubrimiento de esta relación directa entre los cambios estructurales y la localización de los excitones anula la comprensión previa de estos sistemas y establece un nuevo enfoque para el diseño de materiales optoelectrónicos.

Los hallazgos del equipo se describen en un papel publicado en la revista Ciencia con los becarios postdoctorales Sandhya Susarla (ahora profesora en la Universidad Estatal de Arizona) y Mit H. Naik como coautores principales. A continuación, el equipo explorará enfoques para ajustar la red moiré a pedido y hacer que el fenómeno sea más resistente al desorden material.

Molecular Foundry es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en Berkeley Lab.

La investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía.

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