Dvoplastni molibdenov disulfid je a material van der Waals, kjer lahko elektrone vzbujamo z ustrezno eksperimentalno postavitvijo. Ti elektroni kasneje zapustijo svoj položaj v valenčnem pasu in za seboj pustijo pozitivno nabito luknjo ter vstopijo v prevodni pas.
Ker imajo elektroni in luknje različne naboje, se med seboj privlačijo in združijo v a kvazidelec. Slednji se lahko prosto giblje znotraj materiala in je znan tudi kot par elektron-luknja ali eksciton.
Vzbujanje s svetlobo povzroči dve različni vrsti parov elektron-luknja v dvoslojnem molibdenovem disulfidu: pare znotraj plasti, kjer sta elektron in luknja lokalizirana v isti plasti materiala, in pare med plastmi, kjer se elektron in luknja nahajata v različne plasti in so tako prostorsko narazen.
Ti dve različici parov elektron-luknja imata različne značilnosti. Svetlobni in znotrajslojni pari agresivno medsebojno delujejo, zaradi česar intenzivno žarijo. Po drugi strani pa vmesni sloj ekscitoni so precej šibkejši, vendar jih je mogoče premakniti na različne energije, kar znanstvenikom omogoča prilagajanje absorbirane valovne dolžine. Vmesni ekscitoni, tako kot znotrajplastni ekscitoni, imajo izjemno močne, nelinearne interakcije drug z drugim. Te interakcije so ključne za številne aplikacije, ki bi jim lahko služili vmesni ekscitoni.
Zdaj so raziskovalci iz skupine pod vodstvom profesorja Richarda Warburtona z oddelka za fiziko in švicarskega inštituta za nanoznanost (SNI) Univerza v Baslu sta združila ti dve vrsti parov elektron-luknja tako, da sta ju spravila na podobno energijo.
To je bilo mogoče zaradi prilagajanja vmesnih ekscitonov. Posledično spajanje povzroči združitev lastnosti dveh vrst parov elektron-luknja, kar znanstvenikom omogoča, da prilagodijo združene delce, ki niso le zelo svetli, temveč tudi zelo močno medsebojno delujejo.
Lukas Sponfeldner, doktorski študent SNI Ph.D. Šola in prvi avtor prispevka povedal Phys.org, »To nam omogoča, da združimo uporabne lastnosti obeh vrst parov elektron-luknja. Te združene lastnosti bi lahko uporabili za izdelavo novega vira posameznih fotonov, ki so ključni element kvantna komunikacija«.
Znanstveniki so tudi pokazali, da je ta zapleten sistem parov elektron-luknja mogoče simulirati z uporabo klasičnih modelov s področij mehanike ali elektronike.
Profesor Richard Warburton je dejal, »Natančneje, pare elektron-luknja lahko zelo učinkovito opišemo kot nihajoče mase ali vezja. Te preproste in splošne analogije nam pomagajo bolje razumeti temeljne lastnosti sklopljenih delcev, ne samo v molibdenovem disulfidu, ampak tudi v mnogih drugih materialnih sistemih in kontekstih.
Referenca dnevnika:
- Lukas Sponfeldner et al., Kapacitivno in induktivno sklopljeni ekscitoni v dvoslojni MoS2, Pisni pregledi fizike (2022). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.107401
