|
Сфотографировали электрон внутри экситона
|
|
|
|
Ученые впервые смогли локализовать электрон внутри квазичастицы экситона. Благодаря этому можно будет увеличить эффективность работы светодиодов и солнечных панелей, пишут авторы исследования в научном журнале Science Advances. Экситонами называют комбинацию из электрона и "дырки", переносчика положительного заряда в полупроводниках. В отличие от самих дырок и электронов, эти квазичастицы не заряжены и в целом по своим свойствам больше похожи на виртуальный атом водорода, чем на их отдельные компоненты.
|
|
|
|
Впервые свойства экситонов в середине прошлого столетия определили советские физики. Однако изучать их подробнее сложно, поскольку у ученых не было подходящих инструментов, чтобы наблюдать, как электроны и "дырки" ведут себя внутри этих квазичастиц. Это мешает широкому использованию экситонов при разработке микроэлектроники, солнечных батарей и квантовых компьютеров. Профессор Окинавского института науки и технологий Кешав Дани и его коллеги решили эту проблему. В ходе нового исследования они разработали методику, с помощью которой можно отслеживать положение электронов внутри квазичастиц, если облучать листы из двумерных полупроводников очень короткими мощными вспышками ультрафиолетового лазера. В результате экситоны сперва формируются, а затем распадаются.
|
|
|
"Экситоны были открыты около 90 лет назад, однако до недавнего времени изучать их можно было только по вспышкам света, которые вырабатывают эти квазичастицы. Другие их свойства, в том числе скорость движения и структуру, можно было описать лишь на уровне теории", – рассказал Дани. Ученые обнаружили, что при подобных распадах "осколки" квазичастиц разлетаются в стороны совсем не случайно. Благодаря этому можно определить, как устроена квазичастица и зафиксировать, где в момент уничтожения экситона находился электрон. Это чем-то напоминает изучение свойств электронов и других частиц на ускорителях частиц – например, на Большой адронном коллайдере.
|
|
|
|
Первые наблюдения за работой этого экситонного “коллайдера" физики проводили при температурах, близких к абсолютному нулю. Благодаря этому ученые исключили все возможные побочные факторы, которые влияли на распад экситонов, и впервые детально изучили, как ведут себя электроны внутри них. Результаты экспериментов подтвердили теорию, которая связывает поведение электронов и дырок внутри экситонов. В частности, наблюдения показывают, что свойства электронов при распаде экситонов задаются скорее тем, как были устроены "дырки", чем их собственными характеристиками. Результаты исследования сужают перечень моделей, которые описывают поведение и устройство экситонов. Благодаря этому ученые смогут корректнее учитывать их влияние на работу различных полупроводниковых приборов. В результате можно будет увеличить КПД их работы или снизить их нагрев при взаимодействии со светом или при его излучении, заключают исследователи.
|
|
|
|
Источник
|
