由加州大学河滨分校物理学家领导的一个国际研究小组揭示了Valley电子学中一种新的量子过程，这种过程可以加快这项相当新的技术发展。valleytronics是“谷”和“电子”的组合，在半导体的电子能带结构中使用局部能量最小值（谷）。当前半导体技术使用电子电荷或自旋来存储和处理信息。然而，在一些半导体中，电子的能量最小值谷用于编码、处理和存储信息。Valleytronic系统具有提供优于基于电荷和自旋半导体技术信息处理方案的潜力。
加州大学河滨分校领导的研究小组专注于单层二硒化钨(WSe2)，这是一种具有两个不同电子谷的二维半导体。激发电子倾向于松弛并在其中一个谷中积累，以获得一个谷指数(K或K‘)。谷指数可以用来表示1和0来编码信息，就像电荷在当前技术中使用一样。
激子和三角子也可以占据单层WSe2中的谷，并用于传输谷信息。激子是电子和电子空穴的量子束缚态，三角子是三个带电粒子的量子束缚态。单层WSe2具有不同自旋构型的亮和暗激子或三角子；亮迅速衰减为光，而暗衰减缓慢为光。
领导这项研究的加州大学河滨分校物理和天文学系助理教授春洪“约书亚”吕(Chun Hung“Joshua”Lui)说：Valley电子学的发展需要稳定谷状态和容易识别的谷指数。单层WSe2中的暗激子和三角子，比普通亮激子和三角子具有更长的寿命和更好的谷稳定性。因此，暗激子和三角子是极好的Valley电子应用候选者。直到现在还没有方法可以读取暗激子和三角子的谷指数，因为它们从任一谷发射的光具有完全相同的能量和偏振，使得这两个谷彼此难以区分。
研究小组现在已经通过确定一个可测量的物理量来克服这个障碍，这个物理量可以区分暗激子和三角子的两种谷值指数。研究人员在单层WSe2中观察到一种新的暗激子和三子衰变过程，这使科学家们能够确定它们的谷指数，一个暗激子或三角子可以衰变成一对具有独特谷号的光子和声子。光子是电磁波的量子，当电磁场振荡或旋转时，它可以具有线性或手性极化。电磁场的旋转方向决定了手性光子是右手性还是左手性，同样，声子是材料中原子振动的量子。
原子振动通常涉及原子的线性振动，但在某些特殊情况下，原子可以旋转产生所谓的手性声子。原子旋转方向决定了手性声子是右手性声子还是左手性声子。研究发现K谷中的暗激子衰变为右手性光子和左手性声子，而相反K‘谷中的暗激子衰变为左手性光子和右手性声子，发射光子的是暗激子和三角子谷指数的明显特征。读取暗态谷的能力可以促进对暗态谷动力学的探索和在谷电子技术中的应用。这项研究发表在《物理评论研究》期刊上。
博科园｜研究/来自：加州大学河滨分校
参考期刊《物理评论研究》
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.1.032007
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