Menggunakan salah satu sistem spektroskopi paling canggih di dunia, para peneliti telah mengembangkan kerangka kerja untuk membimbing studi pada generasi berikutnya dari teknologi informasi kuantum.
Untuk pertama kalinya, para ilmuwan di unit spektroskopi femtosecond di Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) telah secara langsung melacak bagaimana stimulasi gelap dikembangkan dalam atom material tipis. Prestasi ini membuka jalan bagi kemajuan dalam teknologi informasi klasik dan kuantum. Studi ini diterbitkan di Komunikasi alami.
Profesor Keshav Dani, yang memimpin unit ini, menekankan pentingnya pekerjaan: “Exiton gelap memiliki potensi besar sebagai pembawa informasi, karena mereka secara inheren lebih kecil kemungkinannya untuk berinteraksi dengan cahaya, dan karena itu kurang rentan terhadap degradasi sifat kuantum mereka, namun, tidak ada rute yang membuat mereka sangat menantang dan memanipulasi.
“Di bidang umum elektronik, satu muatan elektron yang memanipulasi untuk memproses informasi,” jelas Xing Zhu, penulis pertama dan mahasiswa PhD di unit tersebut. “Di bidang spinronics, kami mengeksploitasi rotasi elektron untuk membawa informasi. Langkah lebih lanjut, di Valleytronics, struktur kristal bahan unik memungkinkan kami untuk mengkodekan informasi ke dalam keadaan momentum elektron yang berbeda, yang dikenal sebagai lembah.”
Kemampuan untuk menggunakan dimensi lembah stimulasi gelap untuk membawa posisi informasi sebagai kandidat yang menjanjikan untuk teknologi kuantum. Exiton gelap pada dasarnya lebih tahan terhadap faktor lingkungan seperti latar belakang termal daripada generasi qubit saat ini, berpotensi membutuhkan pendinginan yang kurang ekstrem dan membuatnya kurang rentan terhadap dekoherensi, di mana kondisi kuantum yang unik rusak.
Mendefinisikan lanskap energi dengan stimulasi yang cerah dan gelap
Dalam sepuluh tahun terakhir, para peneliti telah membuat langkah yang signifikan dalam mempelajari keluarga yang tipis dalam sebuah atom semikonduktor disebut TMD (Dicogenides Transisi Logam). Seperti semua semikonduktor, TMD terdiri dari atom yang disusun dalam kisi kristal yang membatasi elektron ke tingkat energi yang ditentukan, atau pita, seperti pita valensi. Ketika cahaya menyentuh material, elektron dikeluarkan dari pita valensi ke pita konduksi energi yang lebih tinggi, meninggalkan lowongan bermuatan positif yang dikenal sebagai lubang.
Daya tarik timbal balik antara elektron bermuatan negatif dan lubang bermuatan positif mengikatnya ke dalam quaspartikel seperti hidrogen yang disebut rangsangan. Jika elektron dan lubang berbagi fitur kuantum spesifik, seperti memiliki konfigurasi rotasi yang sama dan menempati “lembah” yang sama dalam ruang momentum (energi minimum yang tersedia di grid kristal), mereka bergabung kembali dalam satu triliun detik (1PS = 10−12 kedua), lepaskan lampu. Ini dikenal sebagai stimulasi “cerah”.
Namun, jika sifat kuantum elektron dan lubang tidak cocok, elektron dan lubang dilarang dari penggabungan diri mereka sendiri dan tidak memancarkan cahaya. Ini ditandai sebagai stimulasi 'gelap'. “Ada dua 'jenis“Dari rangsangan gelap,” jelas Dr. David Bacon, penulis pertama yang sekarang berada di University College London, “momentum-gelap dan spin-dark, tergantung di mana sifat-sifat elektron dan lubang dalam konflik. Ketidakcocokan di alam tidak hanya mencegah rekombinasi langsung, memungkinkan mereka untuk ada hingga beberapa nanodetik (1NS = 1NS = 10−9 Keduanya – skala waktu yang jauh lebih berguna), tetapi juga membuat stimulasi gelap lebih terisolasi daripada interaksi lingkungan. ”
“Simetri unik atom TMD berarti bahwa ketika terpapar pada keadaan cahaya dengan polarisasi melingkar, seseorang dapat secara selektif menciptakan stimulasi yang cerah hanya di lembah -lembah tertentu. Ini adalah prinsip dasar Valleytronics. Vivek Pareek, penulis pertama dan lulusan OIST yang sekarang menjadi sesama postdoctoral Fellow di California Institute of Technology.
Mengamati elektron pada skala femtosecond
Dengan sistem TR-ARPES yang canggih (spektroskopi waktu dan sudut spektroskopi fotografi yang diselesaikan di OIST, dilengkapi dengan sumber XUV-top-top-top (Extreme Ultraviolet), para peneliti dapat memantau bagaimana rangsangan yang berbeda setelah kombinasi yang cerah terbentuk di lembah tertentu dari TMD Semikond.
Temuan mereka menunjukkan bahwa dalam picosecond, beberapa rangsangan cerah disebarkan oleh fonon (getaran kisi kristal dihargai) ke lembah momentum yang berbeda, menjadikannya momentum. Kemudian, stimulasi spin-dark mendominasi, di mana elektron telah berbalik di lembah yang sama, bertahan dalam skala nanosecond.
Dengan ini, tim telah mengatasi tantangan mendasar tentang cara mengakses dan melacak stimulasi gelap, menempatkan fondasi untuk Dark Valleytronics sebagai bidang. Julien Madéo dari unit ini merangkum: “Berkat pengaturan Tr-Arpes yang canggih di OIST, kami telah secara langsung mengakses dan memetakan bagaimana dan apa yang menyimpan informasi lembah yang berumur panjang. Pengembangan masa depan untuk membaca properti Dark Excitons Valley akan membuka aplikasi lembah gelap yang luas di seluruh sistem informasi.”
Referensi: “Pandangan Holistik tentang Dinamika Lembah Berumur Panjang Polarisasi Negara-negara Eksitonis Gelap di Monolayer WS2” oleh Xing Zhu, David R. Bacon, Vivek Pareek, Julien Madéo, Takashi Taniguchi, Kenji Watanab Komunikasi alami.
Dua: 10.1038/S41467-025-61677-2
Pendanaan: Okinawa Institut Sains dan Teknologi Universitas Pascasarjana, Komunitas Jepang untuk Promosi Sains, Penelitian Berorientasi Fusi untuk Mengganggu Sains dan Teknologi, Komunitas Jepang untuk Promosi Sains, Komunitas Jepang untuk Promosi Sains, Komunitas Jepang dan Promosi Sains, Komunitas Jepang untuk Promosi Sains, Komunitas Jepang untuk Promosi Sains, Badan Sains dan Teknologi Jepang dan Teknologi Badan Teknologi Jepang dan Teknologi Jepang,
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
NewsRoom.id
