Tvåskiktig molybdendisulfid är en van der Waals material, där elektroner kan exciteras med en lämplig experimentell uppställning. Dessa elektroner lämnar senare sin position i valensbandet, lämnar efter sig ett positivt laddat hål och går in i ledningsbandet.
Eftersom elektroner och hål har olika laddningar, attraheras de till varandra och kombineras för att bilda en kvasipartikel. Den senare kan röra sig fritt inom materialet och är också känd som ett elektron-hålspar eller exciton.
Excitation med ljus resulterar i två olika typer av elektron-hålspar i tvåskiktad molybdendisulfid: intralagerpar, där elektronen och hålet är lokaliserade i samma lager av materialet, och mellanlagerpar, där elektronen och hålet är belägna i olika lager och är alltså rumsligt isär.
Dessa två varianter av elektron-hål-par uppvisar olika egenskaper. Lätt- och intralagerpar interagerar aggressivt, vilket får dem att lysa intensivt. Å andra sidan mellanlager excitoner är betydligt svagare men kan flyttas till olika energier, vilket gör det möjligt för forskare att justera den absorberade våglängden. Interlagerexcitoner, liksom intralagerexcitoner, har extremt potenta, olinjära interaktioner med varandra. Dessa interaktioner är avgörande för många av de applikationer som interlagerexcitoner kan tjäna.
Nu har forskarna från gruppen ledd av professor Richard Warburton vid institutionen för fysik och det schweiziska nanovetenskapsinstitutet (SNI) vid Universitetet i Basel har kopplat dessa två typer av elektron-hål-par genom att föra de två till liknande energier.
Detta var möjligt på grund av justering av interlagerexcitoner. Den resulterande kopplingen gör att egenskaperna hos de två typerna av elektron-hålpar går samman, vilket gör att forskare kan skräddarsy sammanslagna partiklar som inte bara är väldigt ljusa utan också interagerar väldigt starkt.
Lukas Sponfeldner, doktorand vid SNI Ph.D. Skolan och tidningens första författare berättade för Phys.org, "Detta gör att vi kan kombinera de användbara egenskaperna hos båda typerna av elektron-hålspar. Dessa sammanslagna egenskaper skulle kunna användas för att producera en ny källa för individuella fotoner, som är en viktig del av kvantkommunikation. "
Forskare har också visat att detta komplexa system av elektron-hålspar kan simuleras med hjälp av klassiska modeller från mekanik eller elektronik.
Professor Richard Warburton sa, "Särskilt kan elektron-hålspar mycket effektivt beskrivas som oscillerande massor eller kretsar. Dessa enkla och allmänna analogier hjälper oss att bättre förstå de grundläggande egenskaperna hos kopplade partiklar, inte bara i molybdendisulfid utan även i många andra materialsystem och sammanhang."
Tidskriftsreferens:
- Lukas Sponfeldner et al., Capacitively and Inductively Coupled Excitons in Bilayer MoS2, Fysiska granskningsbrev (2022). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.107401
