En els últims anys hi ha un creixent interès per trobar alternatives a l’ús de l’electró en el transport d’informació, amb l’objectiu d’incrementar l’eficiència dels dispositius. Per exemple, l’espintrònica es basa en l’estudi de l’espín –el moment magnètic de l’electró– com a substitut de l’electró. Més recentment, l’arribada de materials 2D com el grafè o semiconductors com els dicalcogenurs de metalls de transició ha obert la possibilitat d’utilitzar unes altres partícules, com l’excitó, format per un parell electró-buit i sense càrrega elèctrica, amb un gran potencial per la computació quàntica.
Els excitons tenen propietats extraordinàries; existeixen en materials semiconductors i les seues propietats són especialment rellevants en materials 2D, de tot just uns pocs àtoms de gruix. En concret, poden emmagatzemar informació sobre l’espín i ser manipulats òpticament mitjançant l’ús de làsers. Identificar-los és important per avançar en l’ús de materials 2D en noves aplicacions optoelectròniques.
Alejandro Molina, investigador Ramón y Cajal en la unidad de Materiales y Dispositivos Optoelectrónicos del ICMUV, ha contribuido con teoría y simulaciones, realizadas en el superordenador Tirant de la Universitat de València, a detectar los llamados ‘excitones intercapa’, que se encuentran atrapados por la interacción de dos láminas de átomos de dicalcogenuros de metales en transición (TMD), y que apilados con un pequeño giro forman un patrón de muaré (*1).
Alejandro Molina, investigador Ramón y Cajal a la unitat de Materials i Dispositius Optoelectrònics de l'ICMUV, ha contribuït amb teoria i simulacions, realitzades en el superordinador Tirant de la Universitat de València, a detectar elsanomenats 'excitones intercapa', que es troben atrapats per la interacció de dues làmines d'àtoms de dicalcogenuros de metalls en transició (TMD), i que apilats amb un petit gir formen un patró de moaré (* 1).
Els patrons de moaré afecten les propietats dels materials i donen lloc a un nou material quàntic amb propietatstotalment diferents de les d’aquells que el formen. Aconseguir patrons de moaré de manera controlada i identificar-losés un repte científic, ja que la seua capacitat per obtenir propietats extraordinàries converteix aquest fenomen físic enuna rica caixa d’eines per a l’optoelectrònica.
“Els excitons atrapats en patrons atòmics de moaré són molt prometedors per al disseny de nous materials quàntics, i les investigacions sobre les seues propietats fonamentals són crucials per a futurs desenvolupaments en aquest camp”, expliquen Mauro Brotons-Gisbert i Brian D. Gerardot, investigadors en el Laboratori de Fotònica Quàntica de l’Heriot-Watt University (Edimburg, UK) i investigadors principals del projecte.
“Entendre les noves propietats físiques en els patrons de moaré suposa un nou repte per a la Ciència de Materials, i ací és fonamental el treball teòric i de simulació”, afegeix Alejandro Molina.
L’estudi publicat a Nature Materials ajuda a comprendre les propietats dels excitons lligats a patrons de moaré. El control de l’espín dels excitons és útil per a aplicacions que combinen la fotònica i l’espintrònica, com la realització i el control de qbits –la unitat bàsica d’informació de l’ordinador quàntic– utilitzant mitjans òptics.
Referència:
Spin–layer locking of interlayer excitons trapped in moiré potentials. Mauro Brotons-Gisbert,Hyeonjun Baek, Alejandro Molina-Sánchez, Aidan Campbell, Eleanor Scerri, Daniel White, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Cristian Bonato & Brian D. Gerardot. Nature Materials.https://www.nature.com/articles/s41563-020-0687-7