二層構造の二硫化モリブデンは、 ファンデルワールス素材、適切な実験装置を使用して電子を励起できます。 これらの電子は後に価電子帯の位置を離れ、正に帯電した正孔を残し、伝導帯に入ります。
電子と正孔は異なる電荷を持っているため、互いに引き寄せられて結合して 準粒子. 後者は材料内を自由に移動でき、電子正孔対または励起子としても知られています。
光で励起すると、XNUMX 層の二硫化モリブデンに XNUMX 種類の電子-正孔対が生成されます。電子と正孔が材料の同じ層に局在する層内対と、電子と正孔が材料の同じ層に局在する中間層対です。層が異なるため、空間的に離れています。
これら XNUMX 種類の電子正孔対は、さまざまな特性を示します。 光と層内のカップルは積極的に相互作用し、激しく光ります。 一方、中間層 励起子 はかなり弱いですが、異なるエネルギーに移動する可能性があるため、科学者は吸収される波長を調整できます。 層間励起子は、層内励起子と同様に、互いに非常に強力な非線形相互作用を持っています。 これらの相互作用は、層間励起子が提供できるアプリケーションの多くにとって重要です。
現在、物理学科のリチャード ウォーバートン教授とスイス ナノサイエンス研究所 (SNI) が率いるグループの研究者は、 バーゼル大学 これらの XNUMX つのタイプの電子正孔ペアを結合させて、それらの XNUMX つを同様のエネルギーにします。
これは、層間励起子を調整することで可能になりました。 結果として生じる結合により、XNUMX 種類の電子正孔ペアの特性が融合し、科学者は非常に明るいだけでなく、非常に強く相互作用する融合粒子を調整することができます。
SNI Ph.D. の博士課程の学生である Lukas Sponfeldner 氏は、次のように述べています。 学校と論文の筆頭著者 Phys.orgに語った, 「これにより、両方のタイプの電子正孔ペアの有用な特性を組み合わせることができます。 これらのマージされたプロパティは、個々の光子の新しいソースを生成するために使用できます。 量子通信に設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」
科学者はまた、電子と正孔のペアのこの複雑なシステムが、力学または電子工学の分野の古典的なモデルを使用してシミュレートできることを示しました。
リチャード・ウォーバートン教授は、次のように述べています。 「具体的には、電子と正孔のペアは、振動する質量または回路として非常に効果的に説明できます。 これらの単純で一般的なアナロジーは、二硫化モリブデンだけでなく、他の多くの材料システムや状況においても、結合粒子の基本的な特性をよりよく理解するのに役立ちます。」
ジャーナルリファレンス：
- Lukas Sponfeldner et al.、二重層 MoS2 における容量的および誘導的に結合された励起子、 Physical Review Lettersに （2022）。 DOI： 10.1103 / PhysRevLett.129.107401
