物理学家的新发现，或将彻底改变信息传输技术！物理学家已经在一种半导体——超薄单层二烯化钨(WSe2)中观察、表征和控制了暗三极管，这是一项可以提高容量和改变信息传输形式的成就。在半导体中，如WSe2，一个三极管（trion）是三个带电粒子的量子束缚态。一个负的三极管包含两个电子和一个空穴，一个正的三极管包含两个空穴和一个电子。空穴是半导体中电子的空位，其行为类似于带正电荷的粒子。

　　因为一个三极管包含三个相互作用的粒子，它可以携带比一个电子多得多的信息。今天大多数电子产品都使用单独的电子来导电和传输信息。由于铁离子携带净电荷，它们的运动可以由电场控制。因此，三极管也可以用作信息载体。与单个电子相比，铁离子具有可控的自旋和动量指标，具有丰富的内部结构，可以用来编码信息，不同自旋构型的铁离子可分为亮铁离子和暗铁离子。一个亮三极管包含一个电子和一个自旋相反空穴。

　　一个暗三极管包含一个电子和一个自旋相同的空穴。明亮的铁离子与光强耦合，并有效地发光，这意味着它们衰变得很快。然而暗铁离子与光的结合很弱，这意味着它们的衰变速度比亮铁离子慢得多。研究人员测量了暗铁离子的寿命，发现寿命比常见的亮铁离子长100多倍。长寿命使得通过三极管在更长的距离上进行信息传输成为可能。领导这项研究的加州大学河滨分校物理学和天文学助理教授吕春洪(Joshua Lui)说：

　　研究可利用光来书写和阅读三极管信息，可以产生两种类型的三极管（暗三极管和亮三极管）并控制它们如何编码信息，研究结果发表在《物理评论快报》上。该研究论文的第一作者、Lui实验室的博士后研究员刘二福(Erfu Liu)说：研究结果可以提供新的信息传输方式，暗三极管寿命长，可以帮助实现三极管的信息传输。就像在家里增加Wi-Fi带宽一样，三极管传输比单个电子传输更多的信息。

　　研究人员使用了类似石墨烯薄片的单层WSe2原子，因为WSe2中暗三极管能级低于亮三极管能级。因此，暗三极管可以积累大量的种群，从而使它们能够被发现。目前大多数三极管研究都集中在亮三极管上，因为它们能发出很多光，而且很容易测量。但新研究关注的是在单层WSe2器件中，不同电荷密度下的暗离子及其详细行为。研究能够通过简单地调整外部电压来演示：从正的暗三极管到负的三极管的连续调谐

　　也能够确认暗铁离子和亮铁离子的自旋结构。如果能够利用暗三极管来传输信息，信息技术将会大大丰富。在这一发展过程中，主要的障碍是亮三极管寿命很短。现在，长期存在的暗三极管可以帮助我们克服这个障碍。接下来，研究团队计划演示暗三极管对信息的实际传输。计划展示第一个使用暗三极管传输信息的装置，如果这样一个原型暗三极管设备能够工作，那么暗三极管还可以用来传输量子信息。

　　博科园｜研究/来自：加州大学河滨分校

　　参考期刊《物理评论快报》

　　DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.027401

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