Лента TH Новости Глобальные вызовы


Создан материал, позволяющий записывать данные с помощью света

∴ 112

Российские физики с коллегами из Европы научились генерировать квазичастицы-экситоны, которые были полностью контролируемыми и способными записывать информацию при комнатной температуре. Эти частицы действуют как переходная форма между фотонами и электронами, поэтому исследователи полагают, что они могут быть использованы для создания компактных оптоэлектронных устройств, для быстрой записи и обработки оптических сигналов.

176

Предлагаемый метод основан на использовании специального класса материалов, называемых металлоорганическими каркасами. Для упрощения описания сложных эффектов в квантовой механике ученые ввели понятие квазичастиц. Один из них, называемый экситоном, представляет собой «электронно-дырочную» пару, которая обеспечивает передачу энергии между фотонами и электронами. По мнению научного сообщества, это посредничество квазичастиц поможет объединить оптику с электроникой и создать принципиально новый класс оборудования, более компактный и энергоэффективный. Однако все демонстрационные устройства экситона работают либо при низкой температуре, либо сложны в изготовлении, что препятствует их массовому внедрению.

В новом исследовании ученые создали экситоны при комнатной температуре, изменив параметры света. Авторам также удалось контролировать квазичастицы со сверхвысокой чувствительностью до сотен фемтосекунд. Наконец, они разработали простой метод для регистрации данных с экситонами. Это стало возможным благодаря использованию отдельного класса материалов, называемых металлоорганическими каркасами.

Металлоорганические каркасы (МОК), синтезированные в Университете ИТМО, имеют многоуровневую структуру. Между слоями есть физическое притяжение, называемое силой Ван-дер-Ваальса. Чтобы предотвратить неконтролируемое сближение пластин, межслойное пространство заполнено органической жидкостью, которая фиксирует каркас в трех измерениях.

В таких кристаллах исследователи научились приносить два типа экситонов по отдельности: внутрислойный и промежуточный. Первые возникают, когда фотон, поглощенный кристаллом, превращается в электронно-дырочную пару внутри слоя, а вторые появляются, когда электрон и отверстие принадлежат соседним слоям. Со временем оба вида квазичастиц распадаются, переизлучая энергию в виде фотона. Но экситоны могут двигаться вокруг кристалла, пока они существуют.

Время жизни внутрислойных экситонов относительно невелико, но их высокая плотность и маневренность позволяют использовать их для генерации света в светодиодах и лазерах. Межслойные экситоны более устойчивы, но медленны, поэтому исследователи предлагают использовать их для записи данных. По мнению физиков, оба типа экситонов подходят для обработки оптических сигналов.

Как правило, экситоны возникают в диэлектрических и полупроводниковых кристаллах, но ученые могут создать эти квазичастицы и получить контроль над ними в совершенно другом классе материалов в первый раз. Кристалл МОК объединяет органические и неорганические компоненты, что дает ему дополнительные свойства, недоступные для материалов единственного характера. Таким образом, органический компонент позволяет исследователям генерировать экситоны при комнатной температуре, а неорганический компонент обеспечивает их эффективную передачу вокруг кристалла.

Филипп Дончев