Ученые сделали снимок орбиты электрона внутри экситона

Впервые в мире исследователи из Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST) сделали изображение, показывающее внутренние орбиты или пространственное распределение частиц в экситоне – цель, от которой ученые ускользали почти столетие. .


Экситоны – это возбужденные состояния вещества, обнаруженные в полупроводниках – классе материалов, которые являются ключевыми для многих современных технологических устройств, таких как солнечные элементы, , ы и ы.

«Экситоны – действительно уникальные и интересные частицы; они электрически нейтральны, что означает, что они ведут себя в материалах совсем иначе, чем другие частицы, такие как электроны. Их присутствие действительно может изменить способ, которым материал реагирует на свет», – сказал д-р Майкл Ман, соавтор автор и научный сотрудник отделения фемтосекундной спектроскопии OIST. «Эта работа приближает нас к полному пониманию природы экситонов».

Экситоны образуются, когда поглощают света, что заставляет отрицательно заряженные электроны перескакивать с более низкого етического уровня на более высокий энергетический уровень. Это оставляет положительно заряженные пустые пространства, называемые дырами, на нижнем энергетическом уровне. Противоположно заряженные электроны и дырки притягиваются и начинают вращаться друг вокруг друга, что создает экситоны.

Экситоны имеют решающее значение в полупроводниках, но до сих пор ученым удавалось обнаруживать и измерять их лишь ограниченными способами. Одна проблема заключается в их хрупкости – требуется относительно небольшая энергия, чтобы разбить экситон на свободные электроны и дырки. Кроме того, они быстротечны по своей природе – в некоторых материалах экситоны гаснут примерно через несколько тысячных долей миллиардной секунды после их образования, когда возбужденные электроны «падают» обратно в дырки.

«Ученые впервые обнаружили экситоны около 90 лет назад», – сказал профессор Кешав Дани, старший автор и руководитель отдела фемтосекундной спектроскопии в OIST. «Но до недавнего времени можно было получить доступ только к оптическим сигнатурам экситонов – например, к свету, испускаемому экситоном при гашении. Другие аспекты их природы, такие как их , и то, как электрон и дырка вращаются по орбите. друг друга можно описать только теоретически ».

Однако в декабре года ученые из отделения фемтосекундной спектроскопии OIST опубликовали статью в Наука описывающий революционный метод измерения импульса электронов внутри экситонов.

Теперь репортаж 21 апреля в Достижения науки, команда использовала эту технику, чтобы сделать первое в истории изображение, которое показывает распределение электрона вокруг дыры внутри экситона.

Исследователи сначала генерировали экситоны, посылая лазерный импульс света на двумерный полупроводник – недавно открытый класс материалов, которые имеют толщину всего несколько атомов и содержат более прочные экситоны.