Валитроника

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Валитроника[1] или валлитроника (от англ. valleytronics) — раздел физики полупроводников, в котором изучаются области локальных экстремумов (долины) в электронной зонной структуре. Некоторые полупроводники имеют несколько долин в первой зоне Бриллюэна, они известны как многодолинные полупроводники[2][3]. Валитроника — это технология управления такой степенью свободы, локальным максимумом/минимумом в валентной зоне или зоне проводимости таких многодолинных полупроводников.

Термин был придуман по аналогии со спинтроникой. В то время как в спинтронике внутренняя степень свободы спин используется для хранения, манипулирования и считывания битов информации, подход валитроники состоит в том, чтобы выполнять аналогичные задачи, используя множественные экстремумы зонной структуры, чтобы информация в виде нулей и единиц хранилась в виде различных дискретных значений квазиимпульса носителей тока.

Валитроника может относиться к другим формам манипуляции носителями в полупроводниковых долинах, включая квантовые вычисления с кубитами на основе долин, долинную блокаду[4][5][6][7] и другие формы квантовой электроники. Первое экспериментальное свидетельство долинной блокады, предсказанное в работе[8] (который дополняет набор кулоновскую блокаду заряда и спиновый запрет Паули) был обнаружен в кремниевом транзисторе, легированном одним атомом[9].

Несколько теоретических предсказаний были проверены экспериментально в различных системах, таких как графен[10], многослойный фосфорен[11], монослои некоторых дихалькогенидов переходных металлов[12][13], алмаз[14], висмут[15], кремний[5][16][17], углеродные нанотрубки[7], арсенид алюминия[18] и силицен[19].

Эффекты валитроники исследуются также в оптических системах, в фотонных зонных структурах которых возникает несколько долин. К таким системам относятся двумерные фотонные решётки[20], фотонные кристаллы[21], плазмонные метаповерхности[22] и другие. Валитронные оптические системы проявляют нетривиальные топологические свойства, в частности на их основе реализованы своеобразные варианты топологического лазера[23][24].

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Л. А. Чернозатонский, А. А. Артюх. Квазидвумерные дихалькогениды переходных металлов: структура, синтез, свойства и применение // УФН. — 2018. — Т. 188. — С. 3—30. — doi:10.3367/UFNr.2017.02.038065. Архивировано 1 января 2022 года.
  2. ↑ Behnia, Kamran (2012-07-01). "Polarized light boosts valleytronics". Nature Nanotechnology (англ.). 7 (8): 488—489. Bibcode:2012NatNa...7..488B. doi:10.1038/nnano.2012.117. ISSN 1748-3387. PMID 22751224.
  3. ↑ Nebel, Christoph E. (2013). "Electrons dance in diamond". Nature Materials. 12 (8): 690—691. Bibcode:2013NatMa..12..690N. doi:10.1038/nmat3724. ISSN 1476-1122. PMID 23877395.
  4. ↑ Gunawan, O. (2006-10-30). "Quantized conductance in an AlAs two-dimensional electron system quantum point contact". Physical Review B. 74 (15): 155436. arXiv:cond-mat/0606272. Bibcode:2006PhRvB..74o5436G. doi:10.1103/PhysRevB.74.155436.
  5. ↑ 1 2 Culcer, Dimitrie (2012). "Valley-Based Noise-Resistant Quantum Computation Using Si Quantum Dots". Physical Review Letters. 108 (12): 126804. arXiv:1107.0003. Bibcode:2012PhRvL.108l6804C. doi:10.1103/PhysRevLett.108.126804.
  6. ↑ «Universal quantum computing with spin and valley states». Niklas Rohling and Guido Burkard. New J. Phys. 14, 083008(2012).
  7. ↑ 1 2 «A valley-spin qubit in a carbon nanotube». E. A. Laird, F. Pei & L. P. Kouwenhoven. Nature Nanotechnology 8, 565—568 (2013).
  8. ↑ Prati, Enrico (2011-10-01). "Valley Blockade Quantum Switching in Silicon Nanostructures". Journal of Nanoscience and Nanotechnology (англ.). 11 (10): 8522—8526. arXiv:1203.5368. doi:10.1166/jnn.2011.4957. ISSN 1533-4880.
  9. ↑ Crippa A (2015). "Valley blockade and multielectron spin-valley Kondo effect in silicon". Physical Review B. 92 (3): 035424. arXiv:1501.02665. Bibcode:2015PhRvB..92c5424C. doi:10.1103/PhysRevB.92.035424.
  10. ↑ A. Rycerz (2007). "Valley filter and valley valve in graphene". Nature Physics. 3 (3): 172—175. arXiv:cond-mat/0608533. Bibcode:2007NatPh...3..172R. doi:10.1038/nphys547.
  11. ↑ Ang, Y.S. (2017). "Valleytronics in merging Dirac cones: All-electric-controlled valley filter, valve, and universal reversible logic gate". Physical Review B. 96 (24): 245410. arXiv:1711.05906. Bibcode:2017PhRvB..96x5410A. doi:10.1103/PhysRevB.96.245410.
  12. ↑ «Valley polarization in MoS2 monolayers by optical pumping». Hualing Zeng, Junfeng Dai, Wang Yao, Di Xiao and Xiaodong Cui. Nature Nanotechnology 7, 490—493 (2012).
  13. ↑ Bussolotti, Fabio (2018). "Roadmap on finding chiral valleys: screening 2D materials for valleytronics". Nano Futures. 2 (3): 032001. Bibcode:2018NanoF...2c2001B. doi:10.1088/2399-1984/aac9d7.
  14. ↑ «Generation, transport and detection of valley-polarized electrons in diamond». Jan Isberg, Markus Gabrysch, Johan Hammersberg, Saman Majdi, Kiran Kumar Kovi and Daniel J. Twitchen. Nature Materials 12, 760—764 (2013). doi:10.1038/nmat3694
  15. ↑ «Field-induced polarization of Dirac valleys in bismuth». Zengwei Zhu, Aurélie Collaudin, Benoît Fauqué, Woun Kang and Kamran Behnia. Nature Physics 8, 89-94 (2011).
  16. ↑ Takashina, K. (2006). "Valley Polarization in Si(100) at Zero Magnetic Field". Physical Review Letters. 96 (23): 236801. arXiv:cond-mat/0604118. Bibcode:2006PhRvL..96w6801T. doi:10.1103/PhysRevLett.96.236801. PMID 16803388.
  17. ↑ Yang, C. H. (2013-06-27). "Spin-valley lifetimes in a silicon quantum dot with tunable valley splitting". Nature Communications (англ.). 4: 2069. arXiv:1302.0983. Bibcode:2013NatCo...4.2069Y. doi:10.1038/ncomms3069. ISSN 2041-1723. PMID 23804134.
  18. ↑ «AlAs two-dimensional electrons in an antidot lattice: Electron pinball with elliptical Fermi contours». O. Gunawan, E. P. De Poortere, and M. Shayegan. Phys. Rev. B 75, 081304(R)(2007).
  19. ↑ «Spin valleytronics in silicene: Quantum spin Hall-quantum anomalous Hall insulators and single-valley semimetals». Motohiko Ezawa, Phys. Rev. B 87, 155415 (2013)
  20. ↑ Noh J., Huang S., Chen K.P., Rechtsman M.C. Observation of Photonic Topological Valley Hall Edge States // Physical Review Letters. — 2018. — Vol. 120. — P. 063902. — doi:10.1103/PhysRevLett.120.063902.
  21. ↑ Liu J.-W. et al. Valley photonic crystals // Advances in Physics: X. — 2021. — Vol. 6. — P. 1905546. — doi:10.1080/23746149.2021.1905546.
  22. ↑ Proctor M. et al. Manipulating topological valley modes in plasmonic metasurfaces // Nanophotonics. — 2020. — Vol. 9. — P. 657-665. — doi:10.1515/nanoph-2019-0408.
  23. ↑ Zhong H. et al. Topological Valley Hall Edge State Lasing // Laser & Photonics Reviews. — 2020. — Vol. 14. — P. 2000001. — doi:10.1002/lpor.202000001.
  24. ↑ Gong Y. et al. Topological Insulator Laser Using Valley-Hall Photonic Crystals // ACS Photonics. — 2020. — Vol. 7. — P. 2089-2097. — doi:10.1021/acsphotonics.0c00521.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Валитроника&oldid=130103578