Az n-típusú félvezetőknél egy atomot adnak a kristályos szerkezetbe, amelynek több elektronja van, mint a rácsban lévő többi atom. Például a szilíciumot (amelynek négy külső héjelektronja van) lehet foszforral vagy arzénnel (mindkettőnek öt külső héjelektronja van) adalékolni. Mivel a foszfor- vagy arzénatomok ötödik elektronjának nincs mihez kötődnie, szabadon mozoghatnak és vezethetik negatív töltésüket az anyagon keresztül. Ezért nevezik ezeket n-típusú, negatív töltést vezető félvezetőknek.
A P-típusú félvezetőkhöz kevesebb elektronos atomok adalékolására van szükség. Ismét a szilíciumot véve példának, bór vagy gallium (mindkettőnek három külső héjelektronja van) hozzáadásával úgynevezett "lyukat" lehet létrehozni a rácsban, ahol a szilícium elektronjának nincs hová kötődnie. Ebben az esetben, amikor egy elektron elmozdul, hogy "kitöltse" a lyukat, a lyuk úgy viselkedik, mint egy mozgó pozitív töltés. Ezért a p-típusú félvezetők pozitív töltést vezetnek.
A Cosmos magazin szerint a móka akkor kezdődik, amikor n-típusú és p-típusú félvezetőket helyeznek egymás mellé, ilyenkor különös hatásokat alakulnak ki a köztük lévő átmenetnél. Az Ausztrál Nemzeti Egyetem (ANU) villamosmérnökei új módszert találtak ki a félvezetők egymáshoz illesztésére, amely izgalmas eredményeket hozott. Úgy vélik, kutatásuk megalapozhatja a gyorsabb és energiatakarékosabb okostelefonok és számítógépek új generációját. Eredményeiket a Nature című folyóiratban tették közzé.
A kutatók két félvezető anyagból készült lapot egymás fölé helyezve megállapították, hogy a rétegek között egy "exciton" párt hoztak létre, amelynek hasznos tulajdonságai vannak. Az excitonok egyfajta "kvázirészecskék" amelyek valójában nem részecskék, mint az elektron vagy a proton, de vannak részecske tulajdonságai. Az excitonok akkor keletkeznek, amikor egy elektron (negatív töltés) és egy elektronlyuk (pozitív töltés) kötött állapotot alkotva összekapcsolódik, és az elektrosztatikát szabályozó Coulomb-féle vonzóerő köti össze őket.
Amikor a fényt elnyeli a kétrétegű félvezető, ezek a kötött állapotok kialakulnak, és létrejön az excitonréteg. "A rétegek közötti exciton párokat az elmélet már évtizedekkel ezelőtt megjósolta, de mi vagyunk az elsők, akik kísérletben megfigyeltük őket" - mondja a tanulmány vezető szerzője, Yuerui (Larry) Lu, az ANU professzora.
A felfedezés segíthet a kutatóknak elérni a szobahőmérsékletű szuperfolyékonyságot, ahol az elektromos áram energiaveszteség nélkül haladhat. A szuperfolyadékok jelenleg szuperalacsony hőmérsékletű (az abszolút nullához közelítő) kísérletekre korlátozódnak, de nincs viszkozitásuk vagy súrlódásuk, és figyelemre méltó tulajdonságaik révén energiaveszteség nélkül áramolhatnak. Még a nem porózus anyagokon is áthatolnak, és a gravitációval dacolva felfelé áramlanak.
Xueqian Sun, az ANU kutatója és a tanulmány első szerzője szerint a szuperfolyadékot leginkább úgy lehet elképzelni, mint egy "szuper autópályát", amely lehetővé teszi az excitonok hihetetlenül nagy sebességű utazását. A jelenlegi félvezető-technológiák elektronforgalmi dugókat okoznak.
"Az okostelefonokban és laptopokban használt jelenlegi generációs félvezető technológia korlátozza az excitonok utazási sebességét, és megakadályozza őket abban, hogy teljes potenciáljukat kiaknázzák. Ezt úgy lehet jól szemléltetni, ha egy olyan autóra gondolunk, amely egy túlságosan forgalmas autópályán arszolva halad. Ugyanez igaz az excitonokra is" - mondta Sun.
"Ez az új félvezető szerkezet hihetetlenül kicsi, könnyű és sokoldalú és szabad szemmel nem látható, ami azt jelenti, hogy számos miniatűr technológiába beépíthető. Ez pedig ígéretes következményekkel jár az űrszektor, a kvantumlézerek és más kvantumfényforrások számára" - tette hozzá Lu.
A kísérletek már kimutatták az excitonpárok kialakulását a rétegközi félvezetőkben szobahőmérsékleten, de ezek funkcionálisan csak nagyon alacsony hőmérsékleten hasznosak. Lu professzor szerint a következő kihívás az, hogy kitalálják, hogyan lehet szobahőmérsékleten exciton szuperautópályát létrehozni, hogy az új felfedezést be lehessen építeni az okos eszközeinkbe.
