Двухслойный дисульфид молибдена представляет собой материал Ван-дер-Ваальса, где электроны можно возбудить с помощью подходящей экспериментальной установки. Эти электроны позже покидают свое положение в валентной зоне, оставляя после себя положительно заряженную дырку, и входят в зону проводимости.
Поскольку электроны и дырки имеют разные заряды, они притягиваются друг к другу и объединяются, образуя квазичастица. Последний может свободно перемещаться внутри материала и также известен как электронно-дырочная пара или экситон.
Возбуждение светом приводит к образованию двух различных типов электронно-дырочных пар в двухслойном дисульфиде молибдена: внутрислойные пары, в которых электрон и дырка локализованы в одном слое материала, и межслоевые пары, в которых электрон и дырка расположены в двух слоях. разных слоев и, таким образом, пространственно разделены.
Эти две разновидности электронно-дырочных пар обладают различными характеристиками. Световые и внутрислойные пары агрессивно взаимодействуют, заставляя их интенсивно светиться. С другой стороны, прослойка экситоны значительно слабее, но могут быть перемещены в другую энергию, что позволяет ученым регулировать поглощаемую длину волны. Межслойные экситоны, как и внутрислойные экситоны, имеют чрезвычайно сильное нелинейное взаимодействие друг с другом. Эти взаимодействия имеют решающее значение для многих приложений, которые могут служить межслоевыми экситонами.
Теперь исследователи из группы под руководством профессора Ричарда Уорбертона с факультета физики и Швейцарского института нанотехнологий (SNI) Базельский университет соединили эти два типа электронно-дырочных пар, доведя их до одинаковых энергий.
Это стало возможным благодаря подстройке межслоевых экситонов. Возникающая в результате связь приводит к слиянию свойств двух типов электронно-дырочных пар, что позволяет ученым создавать слитые частицы, которые не только очень яркие, но и очень сильно взаимодействуют.
Лукас Спонфельднер, докторант SNI Ph.D. Школа и первый автор статьи рассказал Phys.org, «Это позволяет нам сочетать полезные свойства обоих типов электронно-дырочных пар. Эти объединенные свойства могут быть использованы для создания нового источника отдельных фотонов, которые являются ключевым элементом квантовая связь".
Ученые также показали, что эту сложную систему электронно-дырочных пар можно смоделировать с помощью классических моделей из области механики или электроники.
Профессор Ричард Уорбертон сказал: «В частности, электронно-дырочные пары можно очень эффективно описать как колеблющиеся массы или цепи. Эти простые и общие аналогии помогают нам лучше понять фундаментальные свойства связанных частиц не только в дисульфиде молибдена, но и во многих других материальных системах и контекстах».
Справочник журнала:
- Лукас Спонфельднер и др., Емкостно и индуктивно связанные экситоны в двухслойном MoS2, Physical Review Letters, (2022). ДОИ: 10.1103 / PhysRevLett.129.107401
