Un equipo de investigadores de POSTECH y la Universidad ITMO ha desarrollado un «transistor nanoexcitónico» que aborda las limitaciones de los transistores existentes que utilizan excitones intracapa e intercapa en semiconductores basados en heteroestructura.
¿Qué le permite a Ant-Man, un personaje de las películas de Marvel, generar una energía tan formidable desde su pequeño cuerpo? La respuesta se puede encontrar en los transistores de su traje, que mejoran las señales débiles para su procesamiento. Los transistores tradicionales que amplifican las señales eléctricas a menudo provocan una pérdida de energía térmica y una transferencia de señal lenta, lo que compromete el rendimiento. Sin embargo, ¿qué pasaría si fuera posible crear un traje de alto rendimiento que fuera liviano y compacto sin sacrificar la energía térmica?
Un equipo de investigadores de POSTECH, dirigido por el profesor Kyoung-Duck Park y Yeonjeong Koo del Departamento de Física, junto con un equipo de la Universidad ITMO de Rusia, bajo la dirección del profesor Vasily Kravtsov, colaboraron para desarrollar un «transistor nanoexcitónico». .” Este innovador dispositivo utiliza excitones intracapa e intercapa en semiconductores basados en heteroestructuras, abordando las limitaciones presentes en los transistores tradicionales.
Búsqueda de imágenes. crédito: POSTECH
Los “excitones” son responsables de la emisión de luz de los materiales semiconductores y son clave para el desarrollo de un elemento emisor de luz de próxima generación con menor generación de calor y una fuente de luz para la tecnología de la información cuántica debido a la libre conversión entre luz y material en su estados eléctricamente neutros. Hay dos tipos de excitones en una heterobicapa semiconductora, que es una pila de dos monocapas semiconductoras diferentes: excitones intracapa dirigidos horizontalmente y excitones entrecapas dirigidos verticalmente.
Las señales ópticas emitidas por los dos excitones tienen luces, duraciones y tiempos de coherencia diferentes. Esto significa que el control selectivo de las dos señales ópticas podría permitir el desarrollo de un transistor de excitón de dos bits. Sin embargo, fue un desafío controlar los excitones intra e interlamelares en espacios a nanoescala debido a la falta de homogeneidad de las heteroestructuras semiconductoras y la baja eficiencia luminosa de los excitones interlamelares, además del límite de difracción de la luz.
Desde la izquierda: Hyeongwoo Lee, el profesor Kyoung-Duck Park y Yeonjeong Koo. crédito: POSTECH
En su investigación anterior, el equipo había propuesto una tecnología para controlar los excitones en espacios a nivel nanométrico presionando materiales semiconductores con una punta a nanoescala. Esta vez, por primera vez, los investigadores pudieron controlar de forma remota la densidad y la eficiencia de luminancia de los excitones en función de la luz polarizada en la punta sin tocar los excitones directamente. La ventaja más significativa de este método, que combina una nanocavidad fotónica y un modulador de luz espacial, es que puede controlar los excitones de forma reversible, minimizando el daño físico al material semiconductor. Además, el transistor nanoexcitónico que usa «luz» puede ayudar a procesar grandes cantidades de datos a la velocidad de la luz, minimizando la pérdida de energía térmica.
La inteligencia artificial (IA) ha irrumpido en nuestras vidas más rápido de lo que esperábamos y requiere grandes volúmenes de datos de los que aprender para dar buenas respuestas que sean realmente útiles para los usuarios. El volumen cada vez mayor de información debe recopilarse y procesarse a medida que más y más campos utilizan IA. Se espera que esta investigación proponga una nueva estrategia de procesamiento de datos en línea con una era de explosión de datos. Yeonjeong Koo, uno de los primeros coautores del artículo de investigación, dijo: “Se espera que el transistor nanoexcitónico desempeñe un papel integral en la realización de una computadora óptica, que ayudará a procesar grandes cantidades de datos impulsados por tecnología de IA.
Referencia: “Heterobilayers de van der Waals integradas con nanocavidades para transistores de nanoexcitonas” por Yeonjeong Koo, Hyeongwoo Lee, Tatiana Ivanova, Roman S. Savelev, Mihail I. Petrov, Vasily Kravtsov y Kyoung-Duck Park, 1 de marzo de 2023, ACS nano
DOI: 10.1021/acsnano.2c11509
El estudio fue financiado por la Fundación de Ciencia y Tecnología de Samsung y la Fundación Nacional de Investigación de Corea.
