Kahekihiline molübdeendisulfiid on a van der Waalsi materjal, kus elektrone saab sobiva eksperimentaalse seadistuse abil ergastada. Need elektronid lahkuvad hiljem oma positsioonilt valentsribas, jättes maha positiivse laenguga augu ja sisenevad juhtivusriba.
Kuna elektronidel ja aukudel on erinevad laengud, tõmbuvad nad üksteise poole ja ühinevad, moodustades a kvaasiosake. Viimane võib materjali sees vabalt liikuda ja on tuntud ka kui elektron-augu paar või eksiton.
Valgusega ergastamisel tekib kahekihilises molübdeendisulfiidis kahte erinevat tüüpi elektron-augu paari: kihisisesed paarid, kus elektron ja auk paiknevad samas materjalikihis, ja kihtidevahelised paarid, kus elektron ja auk asuvad erinevad kihid ja on seega ruumiliselt üksteisest lahus.
Neil kahel elektron-augu paaril on erinevad omadused. Valgus- ja kihisisesed paarid suhtlevad agressiivselt, pannes need intensiivselt särama. Teisest küljest vahekiht eksitonid on tunduvalt nõrgemad, kuid neid võib liigutada erinevatele energiatele, võimaldades teadlastel neeldunud lainepikkust reguleerida. Kihtidevahelistel eksitonitel, nagu ka kihisisesetel eksitonitel, on üksteisega äärmiselt tugev, mittelineaarne interaktsioon. Need interaktsioonid on otsustava tähtsusega paljude rakenduste jaoks, mida kihtidevahelised eksitonid võivad teenida.
Nüüd on teadlased rühmast, mida juhib professor Richard Warburton füüsikaosakonnast ja Šveitsi nanoteaduste instituudist (SNI). Baseli ülikool on need kahte tüüpi elektron-augu paarid sidunud, viies need kaks sarnaste energiatega.
See oli võimalik tänu vahekihtide eksitonide reguleerimisele. Saadud sidestus põhjustab kahte tüüpi elektron-augu paaride omaduste ühinemist, võimaldades teadlastel kohandada liidetud osakesi, mis pole mitte ainult väga heledad, vaid ka väga tugevalt interakteeruvad.
Lukas Sponfeldner, SNI doktorant. Kool ja töö esimene autor ütles Phys.org-ile, "See võimaldab meil ühendada mõlemat tüüpi elektron-augu paari kasulikud omadused. Neid ühendatud omadusi saaks kasutada üksikute footonite uudse allika tootmiseks, mis on nende põhielemendid kvantkommunikatsioon. "
Teadlased on ka näidanud, et seda keerulist elektron-augu paaride süsteemi saab simuleerida klassikaliste mudelite abil mehaanika või elektroonika valdkonnast.
Professor Richard Warburton ütles: "Täpsemalt saab elektron-augu paare väga tõhusalt kirjeldada kui võnkuvaid masse või ahelaid. Need lihtsad ja üldised analoogiad aitavad meil paremini mõista seotud osakeste põhiomadusi mitte ainult molübdeendisulfiidis, vaid ka paljudes teistes materiaalsetes süsteemides ja kontekstides.
Ajakirja viide:
- Lukas Sponfeldner et al., Mahtuvuslikult ja induktiivselt seotud eksitonid kahekihilises MoS2-s, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.107401
