A kétrétegű molibdén-diszulfid a van der Waals anyag, ahol megfelelő kísérleti elrendezéssel elektronok gerjeszthetők. Ezek az elektronok később elhagyják pozíciójukat a vegyértéksávban, pozitív töltésű lyukat hagyva maguk után, és belépnek a vezetési sávba.
Mivel az elektronok és a lyukak töltése eltérő, vonzódnak egymáshoz, és egyesülve alkotják a kvázi részecske. Ez utóbbi szabadon mozoghat az anyagon belül, és elektron-lyuk párnak vagy excitonnak is nevezik.
A fénnyel való gerjesztés két különböző típusú elektron-lyuk párat eredményez a kétrétegű molibdén-diszulfidban: a rétegen belüli párokat, ahol az elektron és a lyuk ugyanabban az anyagrétegben helyezkedik el, és a rétegközi párokat, ahol az elektron és a lyuk különböző rétegeket, és így térben egymástól.
Az elektron-lyuk párnak ez a két fajtája különböző jellemzőket mutat. A fény és a rétegen belüli párok agresszíven kölcsönhatásba lépnek, amitől intenzíven világítanak. Másrészt közbenső réteg excitonok lényegesen gyengébbek, de különböző energiákra mozgathatók, így a tudósok beállíthatják az elnyelt hullámhosszt. A rétegközi excitonok, akárcsak a rétegen belüli excitonok, rendkívül erős, nemlineáris kölcsönhatást mutatnak egymással. Ezek a kölcsönhatások döntő fontosságúak számos olyan alkalmazásban, amelyeket a rétegközi excitonok szolgálhatnak.
Most a Richard Warburton professzor, a Fizikai Tanszék és a Svájci Nanotudományi Intézet (SNI) által vezetett csoport kutatói. University of Basel összekapcsolták ezt a két típusú elektron-lyuk párt úgy, hogy a kettőt hasonló energiákra hozták.
Ez a rétegközi excitonok beállítása miatt volt lehetséges. Az így létrejövő csatolás hatására a kétféle elektron-lyuk pár tulajdonságai összeolvadnak, így a tudósok személyre szabhatják az összeolvadt részecskéket, amelyek nemcsak nagyon fényesek, hanem nagyon erős kölcsönhatásban is vannak.
Lukas Sponfeldner, az SNI doktorandusza Ph.D. Iskola és a dolgozat első szerzője mondta a Phys.org-nak, „Ez lehetővé teszi számunkra, hogy egyesítsük mindkét típusú elektron-lyuk pár hasznos tulajdonságait. Ezek az egyesített tulajdonságok felhasználhatók egyedi fotonok új forrásának előállítására, amelyek kulcselemei kvantumkommunikáció. "
A tudósok azt is kimutatták, hogy az elektron-lyuk párokból álló összetett rendszer a mechanika vagy az elektronika területéről származó klasszikus modellekkel szimulálható.
Richard Warburton professzor azt mondta: „Konkrétan az elektron-lyuk párokat nagyon hatékonyan le lehet írni rezgő tömegként vagy áramkörként. Ezek az egyszerű és általános analógiák segítenek jobban megérteni a kapcsolt részecskék alapvető tulajdonságait, nemcsak a molibdén-diszulfidban, hanem sok más anyagrendszerben és összefüggésben is.
Journal Reference:
- Lukas Sponfeldner és munkatársai, Kapacitívan és induktívan csatolt excitonok kétrétegű MoS2-ben, Fizikai áttekintés betűk (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.107401
