Et forskerhold fra City University of New York og University of Texas at Austin har fundet en måde at få tidligere usynlige lys-tilstande, de såkaldte mørke excitoner, til at lyse klart.
Opdagelsen, som netop er offentliggjort i Nature Photonics, kan bane vej for hurtigere, mindre og mere energieffektive teknologier.
Forskerne har udviklet en nanostruktureret optisk “fælde” ved hjælp af bittesmå guldrør og et ultratyndt lag af materialet tungsten diselenid (WSe₂). Laget er blot tre atomer tykt. Den avancerede struktur forstærker lyset fra de mørke excitoner hele 300.000 gange, så de nu både kan ses og styres præcist.
- Dette arbejde viser, at vi kan få adgang til og manipulere lys-stof-tilstande, som tidligere var uden for rækkevidde, siger Andrea Alù, professor ved CUNY Graduate Center og leder af forskningen.
Forskerne har vist, at de kan tænde og slukke for excitonerne ved hjælp af elektriske og magnetiske felter. Det gør dem interessante til brug i blandt andet sensorer, databehandling og kommunikation baseret på kvanteteknologi. Alle er områder, hvor kontrol og effektivitet er afgørende.
- Ved at kunne kontrollere disse skjulte tilstande med nanometers præcision åbner vi for muligheder, der kan revolutionere fremtidens optiske og kvanteteknologier, herunder inden for sensorer og databehandling, siger Andrea Alù.
Forskerne opdagede også en helt ny type såkaldte spin-forbudte mørke excitoner, der en en kvantetilstand, der aldrig før er blevet observeret.
- Vores studie afslører en ny familie af spin-forbudte mørke excitoner, der aldrig er blevet observeret før. Denne opdagelse er kun begyndelsen – den åbner vejen for at udforske mange andre skjulte kvantetilstande i 2D-materialer, siger Jiamin Quan, førsteforfatter på studiet.
Gennembruddet løser samtidig en mangeårig debat om, hvorvidt plasmoniske strukturer, der er små metalbaserede nanostrukturer, virkelig kan forstærke mørke excitoner uden at ødelægge deres naturlige egenskaber. Ved at tilføje ultratynde lag af boronnitrid lykkedes det forskerne at bevare excitonernes unikke egenskaber, samtidig med at lysudsendelsen blev markant forstærket.
BREAKING