洛桑联邦理工学院的工程师已经找到了一种控制激子之间相互作用的方法，激子是有朝一日可能传输数据并取代电子设备中的电子的准粒子。工程师的方法涉及将电场施加到二维(2D)半导体材料上。他们的发现发表在Nature Photonics上。

电子设备已成为现代社会几乎所有方面的基本特征。然而，部分由于互联网的使用越来越多，他们在处理速度和小型化方面遇到了极限。更重要的是，它们在传输和存储信息时消耗了大量的能量，在传输过程中会损失一些能量。工程师(包括洛桑联邦理工学院的工程师)多年来一直在努力克服这些障碍，例如研究激子及其在2D材料中的行为。

激子由电子(带负电荷)和空穴(带正电荷)组成。它们是下一代电子设备的关键——这些设备更小、速度更快，功耗更低。对于可以取代电子或与电子一起工作的激子，携带数据和运行计算的是光而不是电。

“光已经用于光纤，”由Andras Kis教授领导的EPFL纳米电子和结构实验室(LANES)的博士生Fedele Tagarelli说。“虽然光被广泛用于传输信息，但基于光的计算系统一直受到材料限制和可扩展性问题的阻碍。

LANES的另一位博士生Edoardo Lopriore解释说：“与电子不同，激子在穿过材料时可以引起更少的热量，并且可以很好地与光一起工作。但为了充分发挥它们的潜力，我们需要能够理解和控制它们是如何产生的，以及它们之间的相互作用，以及它们的速度和寿命。这一切还处于研究阶段。在理想条件下，激子可以达到超流体状态，这意味着它们可以在没有能量或阻力的情况下行进，因此没有任何功率损失。

斥力

LANS的工程师与德国马尔堡大学和日本国家材料科学研究所的同事一起，专门研究了激子的一个关键特性：它们之间的排斥力。他们开发了一个由几层不同材料组成的测试系统。顶层和底层由金属制成，而中间部分由绝缘材料和半导体2D材料层组成 - 在这种情况下，二硒化钨(WSe2)——堆叠在一起，由范德华力捆绑在一起。2D材料具有极薄的独特功能，即只有一层原子。“它们具有与3D材料完全不同的特性，让我们探索新的物理现象，”Tagarelli说。

工程师们在他们的设备上施加了电场，发现他们可以控制激子的排斥相互作用。“据我们所知，这是第一次证明这种控制，或者至少以如此简单的方式，”Tagarelli说。“我们发现了一种控制混合激子之间相互作用的新方法，这可以为凝聚态物理学的研究提供独特的机会。在之前的一项研究中，LANES工程师成功地控制了激子的寿命和运动。

为了使工程师的方法起作用，激子不应该直接受到电流的影响，而应该能够“感知”电场 - 因此外部金属层和内部绝缘层以保护半导体2D材料。工程师的实验是在4开尔文的极低温度下进行的。

“这一发现进一步扩展了我们控制激子的工具包，以便有一天它们可以用于以更环保的方式处理数据，”Kis说。