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加州大学物理学家发现暗三离子有望改变信息的传输方式车载电台

车载电台
2022年07月26日

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7月11日消息，由美国加州大学河滨分校物理学家领导的一个研究小组观察、表征并控制了一种半导体材料——超净单层钨二硒化物（WSe2）中的暗三离子（Dark trion），这一最新进展有望改变信息的传输方式。

在WSe2等半导体中，三离子是三个带电粒子的量子束缚态。带负电的三离子包含两个电子和一个空穴；带正电的三离子包含两个空穴和一个电子。空穴是半导体中电子的空位，行为类似于带正电的粒子。因为三离子包含三个相互作用的粒子，所以能比单个电子携带更多信息。此外，由于三离子携带净电荷，其运动可通过电场控制，因此可用作信息载体；其还具有可控的自旋和动量值以及丰富的内部结构，可用于编码信息。

三离子可分为拥有不同自旋配置的亮三离子和暗三离子两种。亮三离子包含一个电子和一个拥有相反自旋的空穴；暗三离子包含一个电子和一个拥有相同自旋的空穴。亮三离子与光强烈耦合并发光，这意味着它们会迅速衰减；而暗三离子与光的耦合很弱，这意味着它们衰减的速度更慢。此外，暗三离子的寿命比亮三离子长100多倍，这意味着信息能传输更长距离。

研究负责人、物理和天文学助理教授吕春红（音译）解释说，大多数研究都集中在亮三离子上，因为它们发出的光多，容易测量，但他们的研究集中在暗三离子上。单层WSe2原子内部暗三离子的能级低于亮三离子的能级，因此，暗三离子可大量聚集，使其可被探测到。此外，通过简单地调节外部电压，可持续地将带正电的暗三离子变成带负电的暗三离子。

接下来，该团队计划用暗三离子演示信息的实际传输。吕春红说：“我们打算展示第一个使用暗三离子传输信息的工作设备，如果这样的原型设备可以工作，那么暗三离子可以用来传输量子信息。我们可以用光书写和阅读三离子携带的信息，并控制信息在其中的编码方式，以实现新的信息传播方式。”

改变信息传播方式尽管是一项里程碑式的研究，但实际上，其仍是处于概念验证的研究水平，距离那一步还非常遥远。

表征并控制了暗三粒子，与这一传输方式真正走出实验室，很可能是一个时间跨度非常大的过程。现阶段，利用暗三离子传输信息的原型机还没有问世，问世后是否可以正常运作、能以什么效率传输多大的信息量，皆不可测，更遑论要将电子挤出信息通讯界了。