Menggunakan salah satu sistem spektroskopi paling canggih di dunia, para peneliti telah mengembangkan kerangka kerja untuk memandu studi dalam teknologi informasi kuantum generasi berikutnya.

Untuk pertama kalinya, para ilmuwan di unit spektroskopi femtosecond di Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) telah secara langsung melacak bagaimana rangsangan gelap berkembang dalam bahan tipis secara atom. Prestasi ini membuka jalan bagi kemajuan dalam teknologi informasi klasik dan kuantum. Studi ini diterbitkan di Komunikasi Alam.

Profesor Keshav Dani, yang memimpin unit ini, menekankan pentingnya pekerjaan: “Eksiton gelap memiliki potensi besar sebagai pembawa informasi, karena mereka secara inheren lebih kecil kemungkinannya untuk berinteraksi dengan cahaya, dan karenanya kurang rentan terhadap degradasi sifat kuantum mereka, namun, tidak ada rute yang membuat mereka sangat menantang dan memanipulasi. rangsangan gelap. “

“Di bidang umum elektronik, satu memanipulasi muatan elektron untuk memproses informasi,” jelas Xing Zhu, penulis pertama dan mahasiswa PhD di unit. “Di bidang Spintronics, kami mengeksploitasi putaran elektron untuk membawa informasi. Melangkah lebih jauh, di Valleytronics, struktur kristal bahan unik memungkinkan kami untuk menyandikan informasi ke dalam keadaan momentum elektron yang berbeda, yang dikenal sebagai lembah.”

Kemampuan untuk menggunakan dimensi lembah rangsangan gelap untuk membawa posisi informasi sebagai kandidat yang menjanjikan untuk teknologi kuantum. Eksiton 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 keadaan kuantum yang unik rusak.

Mendefinisikan lanskap energi dengan rangsangan yang cerah dan gelap

Dalam sepuluh tahun terakhir, para peneliti telah membuat langkah yang signifikan dalam mempelajari keluarga yang tipis secara atom semikonduktor disebut TMD (transisi logam dikalcogenides). 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 diangkat dari pita valensi ke pita konduksi berenergi 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 kuasipartikel seperti hidrogen yang disebut rangsangan. Jika elektron dan lubang berbagi fitur kuantum spesifik, seperti memiliki konfigurasi putaran yang sama dan menempati “lembah” yang sama dalam ruang momentum (minimum energi yang tersedia di kisi kristal), mereka bergabung kembali dalam satu trilion detik (1PS = 10⁻¹² kedua), melepaskan cahaya. Ini dikenal sebagai rangsangan “cerah”.

Namun, jika sifat kuantum elektron dan lubang tidak cocok, elektron dan lubang dilarang dari penggabungan kembali sendiri dan tidak memancarkan cahaya. Ini ditandai sebagai rangsangan ‘gelap’. “Ada dua ‘jenis‘of Dark Excitons, ”jelas Dr. David Bacon, penulis pertama yang sekarang berada di University College London,“ Momentum-Dark dan Spin-Dark, tergantung di mana sifat-sifat elektron dan lubang dalam konflik. Ketidakcocokan dalam sifat tidak hanya mencegah rekombinasi langsung, memungkinkan mereka ada hingga beberapa nanodetik (1NS = 10⁻⁹ Kedua – skala waktu yang jauh lebih berguna), tetapi juga membuat rangsangan gelap lebih terisolasi dari interaksi lingkungan. ”

“Simetri atom TMD yang unik berarti bahwa ketika terpapar pada keadaan cahaya dengan polarisasi melingkar, seseorang dapat secara selektif menciptakan rangsangan yang cerah hanya di lembah spesifik. Ini adalah prinsip mendasar dari valleytronics. Namun, para rangsangan yang tidak berkuasa ini dapat diubah dengan banyak hal yang dapat disesuaikan dengan para rangsangan yang tidak dapat disesuaikan dengan banyak. adalah langkah kunci dalam mengejar aplikasi Valleytronic, ”jelas Dr. 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 fotoemission-spektroskopi waktu dan sudut yang diselesaikan di OIST, dilengkapi dengan sumber XUV-top-top yang dibuat khusus (Extreme Ultraviolet) sumber, para peneliti dapat memantau betapa berbedanya rangsangan setelah rangsangan cerah yang dibentuk di lembah tertentu dari TMD Semicond. Mereka mencapai ini dengan mengukur momentum, status putaran, dan populasi elektron dan lubang pada saat yang sama, kombinasi sifat yang sebelumnya tidak pernah dikuantifikasi bersama.

Temuan mereka menunjukkan bahwa dalam picosecond, beberapa rangsangan cerah tersebar oleh fonon (getaran kisi kristal terkuantisasi) ke lembah momentum yang berbeda, menjadikannya momentum-gelap. Kemudian, rangsangan spin-dark mendominasi, di mana elektron telah membalik putaran di dalam lembah yang sama, bertahan pada skala nanosecond.

Dengan ini, tim telah mengatasi tantangan mendasar tentang cara mengakses dan melacak rangsangan gelap, meletakkan fondasi untuk Dark Valleytronics sebagai lapangan. Dr. Julien Madéo dari unit ini merangkum: “Berkat pengaturan TR-Arpes yang canggih di OIST, kami telah secara langsung mengakses dan memetakan bagaimana dan rangsangan gelap apa yang menyimpan informasi lembah yang berumur panjang. Perkembangan masa depan untuk membacakan Properti Lembah Excitons yang gelap akan membuka aplikasi lembah gelap yang luas di seluruh sistem informasi.”

Reference: “A holistic view of the dynamics of long-lived valley polarized dark excitonic states in monolayer WS2” by Xing Zhu, David R. Bacon, Vivek Pareek, Julien Madéo, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Michael KL Man and Keshav M. Dani, 10 July 2025, Komunikasi Alam.
Dua: 10.1038/S41467-025-61677-2

Pendanaan: Okinawa Institut Sains dan Teknologi Universitas Pascasarjana, Masyarakat Jepang untuk Promosi Sains, Penelitian Berorientasi Fusi untuk Sains dan Teknologi yang Mengganggu, Masyarakat Jepang untuk Promosi Sains, Masyarakat Jepang untuk Promosi Sains, Masyarakat Jepang untuk Promosi Sains, Masyarakat Jepang untuk Promosi Sains, Masyarakat Jepang untuk Promosi Sains, Sains Jepang dan Badan Teknologi Badan Teknologi dan Teknologi Jepang

Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.

Ahli kimia Oxford akhirnya menstabilkan cincin karbon 48-atom, menciptakan alotrop baru yang langka yang disatukan dalam cairan pada suhu kamar-suatu prestasi yang pernah dianggap mustahil. Kimiawan telah berhasil menciptakan bentuk karbon baru. Molekul, yang dikenal sebagai cyclo (48) karbon, mengandung 48 atom karbon yang disusun dalam pola cincin yang mencolok dari bolak -balik tunggal (…)

RisalahPos.com Network

Selama beberapa dekade, para ilmuwan berjuang untuk menangkap neutrino – partikel -partikel kecil yang hampir tidak terlihat yang melewati segalanya, termasuk Bumi itu sendiri. Sekarang, terobosan telah tiba: menggunakan detektor seukuran kotak makan siang, para peneliti akhirnya menangkap partikel -partikel seperti hantu ini saat mereka berinteraksi di dalam reaktor nuklir. Detektor kecil, penemuan besar: menangkap neutrino neutrino yang sulit dipahami adalah beberapa dari (…)

RisalahPos.com Network

Gemini Teleskop Utara di Hawai’i mengungkap teman tersembunyi untuk Betelgeuse, menjelaskan misteri bintang kuno. Menggunakan instrumen ‘Alopeke di Gemini North Telescope – didanai oleh NASA dan Yayasan Sains Nasional AS – astronom telah mengidentifikasi bintang pendamping dalam orbit yang sangat dekat di sekitar Betelgeuse. Terobosan ini, dicapai melalui Observatorium Gemini Internasional (dioperasikan oleh (…)

RisalahPos.com Network

Penelitian tentang air garam menunjukkan bahwa daerah yang tertutup es adalah kandidat yang paling menjanjikan untuk kelayabilitas Mars dan eksplorasi astrobiologis di masa depan. Karena kondisi yang keras, dingin, dan sangat kering di Mars, para ilmuwan telah lama percaya bahwa air cair tidak dapat ada di permukaan planet ini. Namun air cair adalah bahan mendasar seumur hidup seperti yang kita tahu (…)

RisalahPos.com Network

Bintang yang runtuh mungkin bertindak sebagai laboratorium kosmik untuk menemukan interaksi neutrino tersembunyi. Neutrino adalah salah satu partikel yang paling membingungkan di alam semesta. Hampir tanpa masam dan sangat sulit dipahami, mereka jarang berinteraksi dengan apa pun, namun mereka memainkan peran mematikan dalam siklus hidup bintang yang jauh lebih besar daripada matahari kita. Partikel -partikel subatomik ini ada dalam tiga (…)

RisalahPos.com Network

Para ilmuwan sedang berburu aksi, partikel kecil yang dapat memecahkan misteri fisika utama, termasuk mengapa neutron tidak memiliki momen dipol listrik dan apa materi gelap terbuat dari. Menggunakan XFEL Eropa yang kuat di Hamburg, para peneliti menembakkan sinar-X melalui kristal khusus, berharap untuk menyaksikan aksi yang dikonversi menjadi cahaya-tanda keberadaan mereka. Perintis ini (…)

RisalahPos.com Network

Related