Eksitonlar, bir elektron (yani, negatif yüklü bir parçacık) ve bir delik (yani bir elektronun olmaması) arasındaki bağlı durumlar, yoğun madde fiziği çalışmalarının temel odağıdır. Bu bağlı durumlar, optoelektronik ve kuantum teknolojilerini geliştirmek için kaldırılabilecek ilginç ve nadir nadir kuantum fiziksel etkilere yol açabilir.
Son birkaç yıldır fizikçiler, iki katmanlı (yani, iki tabakalı malzemeler) çeşitli malzemelerde, ara katman eksitonları olarak bilinen belirli bir eksiton türünü gözlemlediler. Bir ara katman eksiton, bir elektron ve bir malzemenin iki farklı katmanında bulunan bir delik arasında bağlı bir durumdur.
Harvard Üniversitesi ve diğer enstitülerdeki araştırmacılar, iki katmanlı yarı iletkende iki katmanlı molibden disülfürden (MOS₂) oluşan katmanlar arası eksitonlar arasında alışılmadık bir hibridizasyon gözlemlediler.
Makaleleri, yayınlandı Doğa fiziğiuzun zamandır teorize edilmiş, ancak henüz deneysel olarak gözlemlenmemiş olan birçok cisim durumunun dolaylı deneysel kanıtlarını sunabilir.
Makalenin ortak yazarı Pavel E. Dolgirev, “Bu iki boyutlu yarı iletkenler, özellikle geçiş metali dikalkojenitlerine dayananlar alanında, araştırmacılar iki büyük araştırma yönünü izledi.” Dedi.
“Birincisi, bunların optik eksitonları barındıran doğrudan bant boşluğu malzemeleri olması (bir eksiton, bir elektronun ve bir atom gibi bir deliğin bağlı bir durumudur), bu da onları elektro-optik cihazlar için son derece umut verici hale getiriyor. deneysel olarak. “
İki tabakalı yapılardaki ara katman eksitonları büyük bir dipolar moment taşır, yani bu malzemelerdeki pozitif ve negatif yükler nispeten büyük bir mesafe ile ayrılır. Bu büyük dipolar momentin bir sonucu olarak, eksitonlar oldukça hassastır ve uygulanan elektrik alanlarına ve elektrik alanları şeklinde gürültüye duyarlıdır.
Dolgirev, “Özellikle ilgi çekici bir fikir, bu tür karşıt dipollerin eşit ağırlıklı bir üst üste binmesinin, artık elektrik alanlarına çiftleşmeyen bir durum oluşturacağıdır.” Dedi.
Diyerek şöyle devam etti: “Dolaylı eksitonların tutarlılık özelliklerini anlamak ve kontrol etmek amacıyla, sade etkiyi inceledik ve örnek katkılı bir kez ortaya çıkan çok anormal davranışı keşfettik. Bu gözlem, katmanlar arası elektron tutarlılığı hakkındaki ana sonucumuzu destekliyor.”
Deneylerinin bir parçası olarak, Dolgirev ve meslektaşları, iki tabakalı yarı iletken MOS₂’daki katmanlar arası elektronlar arasındaki tutarlılığı optik bir teknik kullanarak tespit etmek için yola çıktılar. Spesifik olarak, geniş bant beyaz ışık kullanarak iki tabakalı bir mos₂ örneğini aydınlattılar ve elektron yoğunluğunu bir kapı voltajı yoluyla ayarlarken yansıtılan sinyali ölçtüler.
“Bu optik yaklaşım özellikle güçlüdür: iyi tanımlanmış optik geçişler yoluyla spesifik spin ve vadi durumlarını seçici olarak araştırmamıza izin verir.”
“Dahası, elektron ve deliğin farklı katmanlarda bulunduğu ara katman eksitonları, elektrik alanlarına ve elektronik ortamlarına karşı oldukça hassastır. Yansıyan spektrumlardaki eksitonik özelliklerin elektron yoğunluğu, sıcaklık ve manyetik alanla nasıl geliştiğini dikkatle analiz ederek, ara katmanlı koherasyonun net imzalarını tanımlayabildiğimizi.”
Ekibin deneysel gözlemleri, tipik olarak ayrılmamış olan ara katman eksitonlarının aslında numuneleri katıldıktan sonra melezleştirdiğini göstermektedir. Bu esasen iki eksiton devletinin yeni ve paylaşılan devletler üreterek “birbirine karıştığı” anlamına gelir. Gözlemledikleri hibridizasyon oldukça sıra dışıdır, ancak eksitonlar arasındaki tutarlılığın dolaylı elektronik manipülasyonu için yeni olasılıklar açabilir.
Dolgirev, “Ayrıca, ara katman elektron tutarlılığının dolaylı imzalarını bulduk.” Dedi. “Bu sadece uygulanmış bir manyetik alanı olmayan böyle bir durumun tespit edilmesi uzun süredir devam eden bir zorluk olduğu için değil, aynı zamanda 75 K kadar yüksek sıcaklıklarda bu imzaları (sözde stokastik anti-crossing’e karşılık gelen) gözlemlediğimiz için önemlidir.
Dolgirev ve meslektaşları tarafından gözlemlenen eksiton hibridizasyonu, birkaç bağlı elektron deliği çiftini içeren uzun teorik kolektif kuantum durumu olan bir eksiton yoğunlaşmasının öncüsü olabilir.
Şimdi trilayer malzemelerde dörtlü eksitonlar arasında benzer bir hibridizasyonun da meydana gelip gelemeyeceğini belirlemeye çalışıyorlar, bu da optoelektronik cihazların geliştirilmesi için umut vaat ediyor.
Dolgirev, “Ayrıca, bu hibridizasyonun katmanları birbirine göre bükerek stokastik yerine tamamen tutarlı olup olamayacağını da araştırıyoruz.”
“Sonuçlarımıza göre, böyle bir bükülme düzen-parametre aşamasını stabilize etmeli, böylece melezlikte stokastikliği azaltmalıdır. Aynı zamanda, altta yatan elektronik çok beden durumuna daha fazla ışık tutabilen deneyler de öngörüyoruz.”
Daha geniş bir taşıyıcı taşıma özellikleri sergileyen giderek daha temiz yarı iletken malzemelerin sentezi, ekibin gelecekte bulgularını doğrulamaya yardımcı olabilir. Örneğin, daha temiz malzemelerle ilgili karşı akış deneyleri, son çalışmalarının bir parçası olarak dolaylı olarak gözlemlendikleri katmanlar arası elektron tutarlılığının doğrudan bir imzasını verebilir.
Sadie Harley tarafından düzenlenen yazarımız Ingrid Fadelli tarafından sizin için yazılmış ve gerçek kontrol ve Robert Egan tarafından gözden geçirilen bu makale dikkatli insan çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse, lütfen bir bağış (özellikle aylık) düşünün. Alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesap.
