由少数原子层构成的超薄材料在电子和量子技术领域展现出广阔的应用前景。德累斯顿工业大学的国际研究团队在赫姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫中心(HZDR)进行的实验中取得了重要进展：专家们成功地在高效的二维材料中实现了电中性和带电发光粒子之间的快速切换。
这一发现为光学数据处理和柔性探测器的研究开辟了新的可能性。相关研究已发表在《自然光子学》期刊上。
与传统的块状晶体相比，二维半导体展现出截然不同的特性。尤其是，它更容易生成所谓的激子粒子：当一个带负电的电子通过吸收能量被激发后，它会从原位移开，留下一个带正电的“洞”。
电子与空穴之间的相互吸引形成了一种称为激子的束缚态，激子是由一对电子组成的。如果附近有另一个电子，它会被吸引，形成一个三粒子态，科学上称为三离子。trion的特性在于将电荷与强光发射结合，从而实现电子和光学的双重控制。
激子与激子之间的相互作用长期以来被视为一种开关过程，这一过程本身就引人注目，并且对未来的应用充满潜力。实际上，许多实验室已经成功地在这两种状态之间进行有针对性的切换，但迄今为止，切换速度仍然有限。
这项研究由德累斯顿工业大学的Alexey Chernikov教授和HZDR的Stephan Winnerl博士领导，现已显著加快了这种转换速度。这项工作是在
先捕获，再分离
实验在HZDR的特殊设备上进行。FELBE自由电子激光器发射强烈的太赫兹脉冲——介于无线电波和近红外辐射之间的频率范围。研究人员首先在低温下用短激光脉冲照射一层原子薄的二硒化钼，生成激子。一旦激子被创造出来，它们会从材料中已有的激子中捕获一个电子，形成trions。
温纳尔解释道：“当我们对这种材料发射太赫兹脉冲时，氚会迅速重新形成激子。”他表示：“我们之所以能够证明这一点，是因为激子和三角子发射出不同波长的近红外辐射。”
实验中的关键因素是太赫兹脉冲的匹配频率，以打破激子与电子之间的弱连接，从而重新形成由一个电子和一个空穴组成的对。不久之后，这个激子会捕获另一个电子，再次转变为三角子。
激子分裂的过程以创纪录的速度进行。化学键在几皮秒（万亿分之一秒）内被打破。“这几乎比以前用纯电子方法快1000倍，可以根据需要用太赫兹辐射产生，”TU科学家切尔尼科夫强调说。
这种新方法提供了有趣的研究前景。下一步可能是将演示过程扩展到各种复杂的电子状态和材料平台。因此，由许多粒子之间的强相互作用产生的不寻常的物质量子态将触手可及，甚至在室温下的应用也将成为可能。
数据处理与传感器技术的前景
研究结果也可用于未来的应用，例如传感器技术或光学数据处理。
Winnerl解释说：“可以想象将这种效果应用于具有快速开关的新型调制器。”他补充道：“结合超薄晶体，这可以用来开发既紧凑又能电子控制光学编码信息的组件。”
另一个相关领域将是太赫兹辐射的探测和成像应用。
Chernikov建议：“基于在原子薄半导体中演示的开关过程，从长远来看，有可能开发出在太赫兹范围内工作的探测器，能够在广泛的频率范围内调节，并实现具有大量像素的太赫兹相机。”他指出：“原则上，即使是相对较低的强度也足以触发转换过程。”
将三角子转变为激子会导致发射的近红外光波长特征发生变化。检测这种情况并将其转换为图像将相对简单，可以利用现有的最先进技术实现。
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