「技术」基于激子的超快光通信技术

未来的光通信比今天通常可用的光通信更可靠，更快，将需要新技术。现代通信基于电荷传输，这在某些数据密集型应用中可能导致较大的传输损耗。激子是替代方案，但它们面临着广泛实施的技术挑战。

现在，来自日本的研究人员已经克服了一个关键瓶颈，该瓶颈可能会产生基于激子的超快光通信技术（npj 2D材料和应用，“通过激光组合扫描隧道显微镜在原子薄材料中实现超快纳米级激子动力学”）。

研究人员对使用激子（结合电子和空穴的组装）进行每秒太比特的光通信感到兴奋。不幸的是，在传统的三维半导体中，室温下的快速激子解离排除了直接的实际应用。然而，原子薄的二维材料（过渡金属二碳化物，TMDC）具有某些优点。

例如，在TMDC中，激子在室温下可以是稳定的，并且可以长距离传播。局部的超小缺陷在TMDC中是不可避免的 - 但如果研究人员能够了解这些缺陷在激子传输动力学中的作用，从而了解基于TMDC的设备的性质，甚至可能是有利的。

用于测量过渡金属二碳化物中载流子动力学的时间分辨STM（TR-STM）设置（图片来源：筑波大学）

了解TMDC中激子的纳米级动力学将有助于回答这些问题。“常用技术的分辨率不足，”主要作者Hiroyuki Mogi教授解释说，“但是我们的扫描隧道显微镜方法改变了这一点。为了优化成像分辨率，我们以一种以几纳米的分辨率施加偏置电压，以解离底层激子的方式。

研究人员的重点是纳米结构 - 如晶界和纹波 - TMDC如何调节激子动力学。该研究的一个亮点是晶界对应于约8纳米内增强的激子复合。另一个亮点是，波纹对应于激子结合能的降低，较小的波纹对应于比较大的激子寿命更长的激子寿命。这些结果证实了先前研究人员无法通过实验验证的理论预测。

“我们技术的2.5纳米空间分辨率是开创性的，”资深作者Hidemi Shigekawa教授说。“在这个分辨率下，我们证实在二硒化钨区域，激子 - 激子湮灭的速率为0.10±每秒0.02平方厘米，并由局部纳米结构调制。

根据这里描述的研究，激子将成为消除当前许多远程通信障碍的重要工具。未来，预计将扩大先进光通信的实际应用，例如无缝的业务和金融数据共享，以加快操作速度，基于人工智能图像处理的机载无人机数据更快的搜索和救援行动，以及更安全的无人驾驶车辆。