To-lags molybdendisulfid er en van der Waals materiale, hvor elektroner kan eksiteres ved hjelp av et passende eksperimentelt oppsett. Disse elektronene forlater senere sin posisjon i valensbåndet, etterlater et positivt ladet hull og går inn i ledningsbåndet.
Fordi elektroner og hull har forskjellige ladninger, blir de tiltrukket av hverandre og kombineres for å danne en kvasipartikkel. Sistnevnte kan bevege seg fritt i materialet og er også kjent som et elektron-hull-par eller eksiton.
Eksitering med lys resulterer i to forskjellige typer elektron-hull-par i to-lags molybdendisulfid: intralagspar, hvor elektronet og hullet er lokalisert i samme lag av materialet, og mellomlagspar, hvor elektronet og hullet er lokalisert i forskjellige lag og er dermed romlig fra hverandre.
Disse to variantene av elektron-hull-par viser forskjellige egenskaper. Lys- og intralagspar samhandler aggressivt, noe som får dem til å gløde intenst. På den annen side mellomlag excitons er betydelig svakere, men kan flyttes til forskjellige energier, slik at forskere kan justere den absorberte bølgelengden. Mellomlagseksitoner, som intralagseksitoner, har ekstremt potente, ikke-lineære interaksjoner med hverandre. Disse interaksjonene er avgjørende for mange av applikasjonene som interlayer-eksitoner kan tjene.
Nå har forskerne fra gruppen ledet av professor Richard Warburton ved Institutt for fysikk og det sveitsiske nanovitenskapsinstituttet (SNI) i University of Basel har koblet disse to typene elektron-hull-par ved å bringe de to til lignende energier.
Dette var mulig på grunn av justering av mellomlagseksitoner. Den resulterende koblingen får egenskapene til de to typene elektron-hull-par til å smelte sammen, slik at forskere kan skreddersy sammenslåtte partikler som ikke bare er veldig lyse, men som også samhandler veldig sterkt.
Lukas Sponfeldner, doktorgradsstudent ved SNI Ph.D. Skolen og den første forfatteren av papiret fortalte Phys.org, "Dette lar oss kombinere de nyttige egenskapene til begge typer elektron-hull-par. Disse sammenslåtte egenskapene kan brukes til å produsere en ny kilde til individuelle fotoner, som er et nøkkelelement i kvantekommunikasjon».
Forskere har også vist at dette komplekse systemet av elektron-hull-par kan simuleres ved hjelp av klassiske modeller fra feltene mekanikk eller elektronikk.
Professor Richard Warburton sa: "Spesifikt kan elektron-hull-par beskrives veldig effektivt som oscillerende masser eller kretser. Disse enkle og generelle analogiene hjelper oss å bedre forstå de grunnleggende egenskapene til koblede partikler, ikke bare i molybdendisulfid, men også i mange andre materialsystemer og sammenhenger.»
Tidsreferanse:
- Lukas Sponfeldner et al., Capacitively and Inductively Coupled Excitons in Bilayer MoS2, Physical Review Letters (2022). GJØR JEG: 10.1103/PhysRevLett.129.107401
