Kaksikerroksinen molybdeenidisulfidi on a van der Waalsin materiaalia, jossa elektroneja voidaan virittää sopivalla kokeellisella järjestelyllä. Nämä elektronit jättävät myöhemmin asemansa valenssikaistalla jättäen jälkeensä positiivisesti varautuneen reiän ja tulevat johtavuuskaistalle.
Koska elektroneilla ja aukoilla on erilaiset varaukset, ne vetäytyvät toisiinsa ja yhdistyvät muodostamaan a kvasihiukkanen. Jälkimmäinen voi liikkua vapaasti materiaalin sisällä ja tunnetaan myös elektroni-reikäparina tai eksitonina.
Valolla heräte saa aikaan kaksi erilaista elektroni-reikäparia kaksikerroksisessa molybdeenidisulfidissa: kerroksen sisäisiä pareja, joissa elektroni ja reikä sijaitsevat samassa materiaalikerroksessa, ja kerrosten välisiä pareja, joissa elektroni ja aukko sijaitsevat eri kerroksia ja ovat siten avaruudellisesti erillään.
Näillä kahdella elektronireikäparien lajikkeella on erilaisia ominaisuuksia. Kevyt ja kerroksen sisäiset parit vuorovaikuttavat aggressiivisesti, jolloin ne hehkuvat intensiivisesti. Toisaalta välikerros excitonit ovat huomattavasti heikompia, mutta ne voidaan siirtää eri energioihin, jolloin tutkijat voivat säätää absorboitunutta aallonpituutta. Kerrosten välisillä eksitoneilla, kuten kerroksen sisäisillä eksitoneilla, on erittäin voimakas, epälineaarinen vuorovaikutus toistensa kanssa. Nämä vuorovaikutukset ovat ratkaisevan tärkeitä monille sovelluksille, joita kerrosten väliset eksitonit voivat palvella.
Nyt tutkijat ryhmästä, jota johtaa professori Richard Warburton fysiikan laitokselta ja Swiss Nanoscience Institutesta (SNI). University of Basel ovat yhdistäneet nämä kaksi elektroni-aukko-paria tuomalla ne kaksi samanlaisiin energioihin.
Tämä oli mahdollista välikerroseksitonien säätämisen ansiosta. Tuloksena oleva kytkentä saa aikaan kahdentyyppisten elektroni-reikäparien ominaisuuksien sulautumisen, jolloin tutkijat voivat räätälöidä yhdistettyjä hiukkasia, jotka eivät ole vain erittäin kirkkaita, vaan myös vuorovaikuttavat erittäin voimakkaasti.
Lukas Sponfeldner, SNI:n tohtoriopiskelija. Koulu ja paperin ensimmäinen kirjoittaja kertoi Phys.org:lle, ”Tämän avulla voimme yhdistää molempien elektroni-reikäparien hyödylliset ominaisuudet. Näitä yhdistettyjä ominaisuuksia voitaisiin käyttää tuottamaan uusi lähde yksittäisistä fotoneista, jotka ovat keskeisiä elementtejä kvanttiviestintä"
Tutkijat ovat myös osoittaneet, että tätä monimutkaista elektroni-reikäparien järjestelmää voidaan simuloida käyttämällä klassisia malleja mekaniikan tai elektroniikan aloilta.
Professori Richard Warburton sanoi: "Erityisesti elektroni-reikäpareja voidaan hyvin tehokkaasti kuvata värähteleviksi massoiksi tai piireiksi. Nämä yksinkertaiset ja yleiset analogiat auttavat meitä ymmärtämään paremmin kytkettyjen hiukkasten perusominaisuuksia, ei vain molybdeenidisulfidissa vaan myös monissa muissa materiaalijärjestelmissä ja yhteyksissä.
Lehden viite:
- Lukas Sponfeldner et ai., Kapasitiivisesti ja induktiivisesti kytketyt eksitonit kaksikerroksisessa MoS2:ssa, Fyysisen tarkastelun kirjaimet (2022). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.107401
