מוליבדן דיסולפיד דו-שכבתי הוא א חומר ואן דר ואלס, שבו ניתן לעורר אלקטרונים באמצעות מערך ניסוי מתאים. אלקטרונים אלה עוזבים מאוחר יותר את מיקומם ברצועת הערכיות, משאירים מאחוריהם חור טעון חיובי, ונכנסים לרצועת ההולכה.
מכיוון שלאלקטרונים ולחורים יש מטענים שונים, הם נמשכים זה לזה ומתאחדים ליצירת a קוואזי חלקיק. האחרון יכול לנוע בחופשיות בתוך החומר והוא ידוע גם כזוג אלקטרוני-חור או אקציטון.
עירור עם אור מביא לשני סוגים שונים של צמדי אלקטרונים-חורים במוליבדן דיסולפיד דו-שכבתי: זוגות תוך-שכבתיים, שבהם האלקטרון והחור ממוקמים באותה שכבה של החומר, וזוגות בין-שכבות, שבהם נמצאים האלקטרון והחור. שכבות שונות ובכך נפרדות מרחבית.
שני הזנים הללו של זוגות אלקטרונים-חורים מציגים מאפיינים שונים. זוגות קלים ותוך-שכבתיים מקיימים אינטראקציה אגרסיבית, וגורמים להם לזרוח בעוצמה. מצד שני, שכבת ביניים אקסיטונים חלשים במידה ניכרת אך עשויים להיות מועברים לאנרגיות שונות, מה שמאפשר למדענים להתאים את אורך הגל הנקלט. לעוררים בין-שכבתיים, כמו אקסיטונים תוך-שכבתיים, יש אינטראקציות חזקות ביותר, לא ליניאריות זה עם זה. אינטראקציות אלו הן קריטיות לרבים מהיישומים שאקסיטונים בין-שכבתיים יכולים לשרת.
כעת, החוקרים מהקבוצה בראשות פרופסור ריצ'רד וורברטון מהמחלקה לפיזיקה והמכון השוויצרי למדעי הננו (SNI) של אוניברסיטת באזל חיברו את שני הסוגים הללו של זוגות אלקטרונים-חורים על ידי הבאת שניהם לאנרגיות דומות.
זה היה אפשרי עקב התאמת אקסיטונים בין-שכבתיים. הצימוד שנוצר גורם למאפיינים של שני סוגי זוגות האלקטרונים-חורים להתמזג, מה שמאפשר למדענים להתאים חלקיקים ממוזגים שהם לא רק בהירים מאוד אלא גם מקיימים אינטראקציה חזקה מאוד.
לוקאס שפנפלדנר, דוקטורנט ב-SNI Ph.D. בית הספר והמחבר הראשון של המאמר אמר ל-Phys.org, "זה מאפשר לנו לשלב את התכונות השימושיות של שני סוגי זוגות האלקטרונים-חורים. מאפיינים ממוזגים אלה יכולים לשמש כדי לייצר מקור חדש של פוטונים בודדים, שהם מרכיב מפתח של תקשורת קוונטית".
מדענים גם הראו שניתן לדמות מערכת מורכבת זו של זוגות אלקטרונים-חורים באמצעות מודלים קלאסיים מתחומי המכניקה או האלקטרוניקה.
פרופסור ריצ'רד וורברטון אמר, "באופן ספציפי, ניתן לתאר בצורה יעילה מאוד זוגות אלקטרונים-חורים כמסות או מעגלים מתנודדים. האנלוגיות הפשוטות והכלליות הללו עוזרות לנו להבין טוב יותר את התכונות הבסיסיות של חלקיקים מצמידים, לא רק במוליבדנו דיסולפיד אלא גם במערכות חומר והקשרים רבים אחרים."
עיון ביומן:
- Lukas Sponfeldner et al., Capacitively and Inductively Coupled Excitons in Bilayer MoS2, מכתבי סקירה פיזית (2022). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.107401
