МОСКВА, 9 марта. /ТАСС/. Российские физики совместно с европейскими коллегами научились, меняя параметры лазерного излучения, записывать информацию в квазичастицах экситонах – посредниках при переносе энергии между фотоном и электроном, сообщила пресс-служба ИТМО. Новый подход поможет в создании компактных оптоэлектронных устройств для хранения и быстрой обработки оптического сигнала.

«В новой работе ученые из Университета ИТМО, Лейпцигского университета в Германии и Технического университета Эйндховена в Нидерландах смогли, регулируя параметры лазерного излучения, не только сгенерировать экситоны при комнатной температуре, но еще и научились записывать с их помощью информацию. Это стало возможным благодаря использованию особого класса материалов, называемых металл-органическими каркасами», – говорится в пресс-релизе.

Что такое экситоны?

Экситоны – это квазичастицы, представляющие собой связанную пару электрона и дырки. Они могут появляться в материале под действием облучением фотонами и потому служат посредниками при переносе энергии между фотоном и электроном. Такое посредничество, по мнению ученых, со временем поможет создать принципиально новый класс энергоэффективной и компактной техники. Однако пока образцы устройств на экситонах либо работают только при низких температурах, либо сложны в изготовлении, что затрудняет их массовое внедрение.

Новый материал для записи оптической информации

Ученые использовали в своей работе металл-органический каркас (МОК) – слоистую структуру, совмещающую в себе как органические, так и неорганические компоненты, и синтезированную в университете ИТМО. Разные слои этой структуры притягиваются друг к другу за счет межмолекулярных сил, а во избежание произвольного сближения этих пластинок межслоевое пространство заполнено органической жидкостью.

Исследователи научились с помощью лазера возбуждать в МОК два вида экситонов: внутрислойные и межслойные. Первые образуются, когда поглощенный материалом фотон становится электрон-дырочной парой в пределах одного слоя, а вторые – когда электрон и дырка принадлежат соседним слоям. Спустя время и те, и другие квазичастицы распадаются, вновь излучая энергию в виде фотона.

Время жизни внутрислойных экситонов относительно мало, но их высокая плотность и подвижность позволяют использовать эти квазичастицы для генерации света, например, в светодиодах и тех же лазерах. Межслоевые экситоны более живучи, но малоподвижны, поэтому ученые предлагают применять их для записи информации на МОК.

«С помощью лазера мы локально подогревали кристалл, – сказал первый автор статьи, доцент кафедры нанофотоники и метаматериалов ИТМО, Валентин Миличко. – В месте облучения слои слипались, и свечение экситонов исчезало, тогда как весь остальной кристалл продолжал люминесцировать. Это могло означать, что мы записали 1 бит информации, причем запись, а именно темное пятно, хранилась много дней».

«Чтобы стереть данные, достаточно опустить МОК в ту же органическую жидкость, которая поддерживает слои. Сам кристалл при этом не пострадает, а записанная информация (темное пятно) исчезнет», – добавил он.

Исследование ученых опубликовано в журнале Advanced Materials.