04 de julio de 2023 (Noticias de Nanowerk) Los estados de Rydberg ocurren en una variedad de sistemas físicos que incluyen átomos, moléculas y sólidos. En particular, los excitones de Rydberg, que son pares electrón-hueco altamente energéticos, se encontraron por primera vez en el Cu2O material semiconductor en la década de 1950. Investigaciones recientes publicadas en Ciencia: (“Observación de excitones muaré de Rydberg”) por el Dr. XU Yang y su equipo del Instituto de Física (IOP) de la Academia China de Ciencias (CAS), y un grupo dirigido por el Dr. YUAN Shengjun de la Universidad de Wuhan, informa la observación de excitones Rydberg moiré. Estos son excitones de Rydberg confinados en muaré en el WSe2 semiconductor monocapa, junto al grafeno bicapa trenzado de ángulo pequeño (TBG).
Una ilustración que muestra los excitones moiré de Rydberg en el WSe2/TBG heteroestructura. (Imagen: IOP) La naturaleza de estado sólido de los excitones de Rydberg, sus momentos dipolares significativos, sus interacciones mutuas sólidas y sus interacciones intensificadas con el entorno sugieren aplicaciones potenciales en la detección, la óptica cuántica y la simulación cuántica. Sin embargo, la capacidad total de los excitones de Rydberg no se ha realizado debido a las dificultades para atraparlos y manipularlos de manera eficiente. La introducción de superredes de muaré bidimensionales (2D) con potenciales periódicos sintonizables podría proporcionar una solución. En los últimos años, el Dr. XU Yang y sus colegas han estado investigando el uso de excitones de Rydberg en dicalcogenuros de metales de transición semiconductores 2D (como WSe2). Han desarrollado una técnica de detección de Rydberg que aprovecha la sensibilidad de los excitones de Rydberg al entorno dieléctrico para detectar fases exóticas en sistemas electrónicos 2D cercanos. En el estudio, los investigadores utilizaron mediciones de espectroscopia óptica de baja temperatura para detectar excitones de muaré de Rydberg, como lo demuestran múltiples divisiones de energía, un notable desplazamiento hacia el rojo y un ancho de línea reducido en los espectros de reflectancia. A través de cálculos numéricos realizados por el equipo de la Universidad de Wuhan, los hallazgos se vincularon con la distribución de carga espacialmente variable en TBG. Esto da como resultado un paisaje potencial periódico (denominado potencial muaré) para la interacción con los excitones de Rydberg. Se logró un fuerte confinamiento de los excitones de Rydberg debido a las interacciones desiguales entre capas del electrón constituyente y el hueco de un excitón de Rydberg. Esto fue el resultado de las cargas espacialmente acumuladas en las regiones de TBG con pilas AA. Este proceso conduce a excitones de moiré de Rydberg que exhiben separación de huecos de electrones y las propiedades de los excitones de transferencia de carga de larga duración. El equipo demostró un nuevo método para manipular los excitones de Rydberg, que es un desafío en los semiconductores a granel. La superred de muaré de longitud de onda larga (decenas de nm) en este estudio es similar a las redes ópticas creadas por un rayo láser de onda estacionaria o matrices de pinzas ópticas utilizadas para atrapar átomos de Rydberg. Además, se mejoró el control del sistema debido a las longitudes de onda muaré ajustables, la activación electrostática in situ y una vida útil más prolongada. Estas características, combinadas con una fuerte interacción luz-materia, facilitan la lectura y la excitación óptica. Esta investigación podría ofrecer nuevas oportunidades para más interacciones Rydberg-Rydberg y un control coherente de los estados de Rydberg, lo que podría conducir a aplicaciones en el procesamiento de información cuántica y la computación cuántica.
Una ilustración que muestra los excitones moiré de Rydberg en el WSe2/TBG heteroestructura. (Imagen: IOP) La naturaleza de estado sólido de los excitones de Rydberg, sus momentos dipolares significativos, sus interacciones mutuas sólidas y sus interacciones intensificadas con el entorno sugieren aplicaciones potenciales en la detección, la óptica cuántica y la simulación cuántica. Sin embargo, la capacidad total de los excitones de Rydberg no se ha realizado debido a las dificultades para atraparlos y manipularlos de manera eficiente. La introducción de superredes de muaré bidimensionales (2D) con potenciales periódicos sintonizables podría proporcionar una solución. En los últimos años, el Dr. XU Yang y sus colegas han estado investigando el uso de excitones de Rydberg en dicalcogenuros de metales de transición semiconductores 2D (como WSe2). Han desarrollado una técnica de detección de Rydberg que aprovecha la sensibilidad de los excitones de Rydberg al entorno dieléctrico para detectar fases exóticas en sistemas electrónicos 2D cercanos. En el estudio, los investigadores utilizaron mediciones de espectroscopia óptica de baja temperatura para detectar excitones de muaré de Rydberg, como lo demuestran múltiples divisiones de energía, un notable desplazamiento hacia el rojo y un ancho de línea reducido en los espectros de reflectancia. A través de cálculos numéricos realizados por el equipo de la Universidad de Wuhan, los hallazgos se vincularon con la distribución de carga espacialmente variable en TBG. Esto da como resultado un paisaje potencial periódico (denominado potencial muaré) para la interacción con los excitones de Rydberg. Se logró un fuerte confinamiento de los excitones de Rydberg debido a las interacciones desiguales entre capas del electrón constituyente y el hueco de un excitón de Rydberg. Esto fue el resultado de las cargas espacialmente acumuladas en las regiones de TBG con pilas AA. Este proceso conduce a excitones de moiré de Rydberg que exhiben separación de huecos de electrones y las propiedades de los excitones de transferencia de carga de larga duración. El equipo demostró un nuevo método para manipular los excitones de Rydberg, que es un desafío en los semiconductores a granel. La superred de muaré de longitud de onda larga (decenas de nm) en este estudio es similar a las redes ópticas creadas por un rayo láser de onda estacionaria o matrices de pinzas ópticas utilizadas para atrapar átomos de Rydberg. Además, se mejoró el control del sistema debido a las longitudes de onda muaré ajustables, la activación electrostática in situ y una vida útil más prolongada. Estas características, combinadas con una fuerte interacción luz-materia, facilitan la lectura y la excitación óptica. Esta investigación podría ofrecer nuevas oportunidades para más interacciones Rydberg-Rydberg y un control coherente de los estados de Rydberg, lo que podría conducir a aplicaciones en el procesamiento de información cuántica y la computación cuántica.
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- Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63276.php
