Τα superlattices moiré δείχνουν υπερδύναμη στη φωτονική και την οπτοηλεκτρονική
Περίληψη:
Τα superlattices Moiré, τεχνητά μηχανικά υλικά που σχηματίζονται με τη στοίβαξη δύο ή περισσότερων στρωμάτων υλικών με ελαφρά συστροφή ή κακή ευθυγράμμιση, έχουν αναδειχθεί ως μια ισχυρή πλατφόρμα για τον χειρισμό του φωτός και των ηλεκτρονίων με πρωτοφανείς τρόπους. Αυτά τα υλικά σχεδιαστών παρουσιάζουν αξιοσημείωτες ηλεκτρονικές και οπτικές ιδιότητες που προέρχονται από την αλληλεπίδραση των μοτίβων Moiré, ανοίγοντας νέες δυνατότητες για την προώθηση της φωτονικής και της οπτοηλεκτρονικής. Αυτό το άρθρο διερευνά τις εξαιρετικές ιδιότητες και τις υποσχόμενες εφαρμογές των superlattices Moiré σε αυτά τα πεδία.
Εισαγωγή:
Τα συμβατικά υλικά ημιαγωγών έχουν χρησιμεύσει ως θεμέλιο σύγχρονης ηλεκτρονικής και οπτοηλεκτρονικής για δεκαετίες. Ωστόσο, η απόδοση και η λειτουργικότητά τους περιορίζονται από τις εγγενείς ιδιότητές τους. Τα Superlattices Moiré, από την άλλη πλευρά, προσφέρουν ένα νέο βαθμό ελευθερίας, εισάγοντας τεχνητή περιοδικότητα και συμμετρία μέσω της ακριβούς στοίβαξης των υλικών. Με την προσεκτική επεξεργασία των μοτίβων moiré, οι επιστήμονες μπορούν να προσαρμόσουν τη δομή της ηλεκτρονικής ζώνης και την οπτική απόκριση αυτών των υλικών, οδηγώντας σε πρωτοποριακά φαινόμενα και συσκευές.
Βασικές αρχές των superlattices moiré:
Τα Superlattices Moiré δημιουργούνται με τη στοίβαξη δύο υλικών με ελαφριά συστροφή ή κακή ευθυγράμμιση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός περιοδικού προτύπου αλληλεπικαλυπτόμενων και παρεμβολών δομών πλέγματος, γεγονός που δημιουργεί μοναδικές ηλεκτρονικές και οπτικές ιδιότητες. Το μοτίβο Moiré μπορεί να ελεγχθεί μεταβάλλοντας τη γωνία συστροφής, τον αριθμό των στρωμάτων και την αναντιστοιχία του πλέγματος μεταξύ των υλικών.
Ηλεκτρονικές ιδιότητες:
Τα μοτίβα moiré σε superlattices εισάγουν νέες ενεργειακές ζώνες και τροποποιούν την ηλεκτρονική πυκνότητα των καταστάσεων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση συσχετισμένων ηλεκτρονικών καταστάσεων, όπως οι επίπεδες ζώνες και τα fermions Dirac, τα οποία παρουσιάζουν εξαιρετικές μεταφορές και οπτικές ιδιότητες. Αυτές οι μοναδικές ηλεκτρονικές ιδιότητες έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην υλοποίηση νέων ηλεκτρονικών συσκευών, συμπεριλαμβανομένων των υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας, των τρανζίστορ υψηλής κινητικότητας και των κβαντικών αρχιτεκτονικών υπολογιστών.
Οπτικές ιδιότητες:
Τα superlattices Moiré παρουσιάζουν ισχυρές αλληλεπιδράσεις φωτός λόγω της παρουσίας πιθανών τοπίων που προκαλούνται από moiré. Αυτά τα πιθανά τοπία μπορούν να παγιδεύσουν το φως και να δημιουργήσουν πολωρίνια exciton, quasiparticles που προκύπτουν από την ισχυρή σύζευξη μεταξύ φωτονίων και excitons. Το Exciton Polaritons σε Superlattices Moiré παρουσιάζουν μεγάλες διάρκεια ζωής, χαμηλή αποτελεσματική μάζα και ισχυρές μη γραμμικές αλληλεπιδράσεις, καθιστώντας τους υποσχόμενους για εφαρμογές σε νανοφωτογόνια, λέιζερ πολωτόνα και μη γραμμικά οπτικά.
Εφαρμογές στη φωτονική και την οπτοηλεκτρονική:
Τα Superlattices Moiré έχουν προκαλέσει αύξηση ενδιαφέροντος για διάφορες εφαρμογές φωτονικής και οπτοηλεκτρονικής. Αυτά περιλαμβάνουν:
1. Τα superlattices Moiré μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον σχεδιασμό φωτοανιχνευτών με εξαιρετικά υψηλή ευαισθησία και ταχύτητα λόγω της ενισχυμένης απορρόφησης φωτός και της ταχείας μεταφοράς φορέα.
2. Lasers Polariton: Οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις φωτός σε superlattices Moiré επιτρέπουν την υλοποίηση των λέιζερ πολωρίνης, τα οποία λειτουργούν με βάση τα πολωτικά exciton αντί των ελεύθερων φορέων. Αυτά τα λέιζερ προσφέρουν εξαιρετικά χαμηλά όρια, υψηλή απόδοση και συντονισμένα μήκη κύματος εκπομπών.
3. Μη γραμμική οπτική: Τα Superlattices Moiré παρουσιάζουν ενισχυμένες μη γραμμικές οπτικές αποκρίσεις λόγω του περιορισμού και της αλληλεπίδρασης του φωτός μέσα στα πιθανά τοπία Moiré. Αυτό επιτρέπει την αποτελεσματική μετατροπή συχνότητας, την παραμετρική ενίσχυση και την εξαιρετικά γρήγορη μη γραμμική εναλλαγή.
4. Πηγές κβαντικού φωτός: Τα Superlattices Moiré παρέχουν μια πλατφόρμα για τη δημιουργία εμπλεγμένων φωτόνων και εκπομπών ενός φωτονίου, οι οποίες αποτελούν βασικά συστατικά για τεχνολογίες κβαντικής επικοινωνίας, κβαντικής πληροφορικής και κβαντικής ανίχνευσης.
Συμπέρασμα:
Τα superlattices Moiré αντιπροσωπεύουν ένα ισχυρό νέο παράδειγμα στη φωτονική και την οπτοηλεκτρονική. Με την ακριβή μηχανική τους μοτίβα moiré, οι επιστήμονες μπορούν να ξεκλειδώσουν έκτακτες ηλεκτρονικές και οπτικές ιδιότητες που υπερβαίνουν τα συμβατικά υλικά. Οι μοναδικές ιδιότητες των Superlattices Moiré ανοίγουν το δρόμο για ένα ευρύ φάσμα συσκευών επόμενης γενιάς, συμπεριλαμβανομένων των ανιχνευτών εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας, των λέιζερ πολωρίνης, των μη γραμμικών οπτικών στοιχείων και των πηγών κβαντικού φωτός. Καθώς η έρευνα εξακολουθεί να ανιχνεύει στο πλήρες δυναμικό αυτών των υλικών σχεδιαστών, τα superlattices Moiré κατέχουν τεράστια υπόσχεση για την επανάσταση στις μελλοντικές φωτονικές και οπτοηλεκτρονικές τεχνολογίες.
