Двошаровий дисульфід молібдену - це a матеріал Ван-дер-Ваальса, де електрони можуть бути збуджені за допомогою відповідної експериментальної установки. Пізніше ці електрони залишають своє положення у валентній зоні, залишаючи позаду позитивно заряджену дірку, і входять у зону провідності.
Оскільки електрони та дірки мають різні заряди, вони притягуються один до одного й об’єднуються, утворюючи a квазічастинка. Останній може вільно переміщатися всередині матеріалу і також відомий як електрон-діркова пара або екситон.
Збудження світлом призводить до двох різних видів електронно-діркових пар у двошаровому дисульфіді молібдену: внутрішньошарові пари, де електрон і дірка локалізовані в одному шарі матеріалу, і міжшарові пари, де електрон і дірка розташовані в різні шари і, таким чином, просторово віддалені.
Ці два різновиди електронно-діркових пар демонструють різні характеристики. Світло і внутрішньошарові пари агресивно взаємодіють, викликаючи їх інтенсивне світіння. З іншого боку, прошарок екситони є значно слабшими, але їх можна переходити до інших енергій, що дозволяє вченим регулювати поглинену довжину хвилі. Міжшарові екситони, як і внутрішньошарові екситони, мають надзвичайно сильну, нелінійну взаємодію один з одним. Ці взаємодії мають вирішальне значення для багатьох додатків, яким можуть служити міжшарові екситони.
Тепер дослідники з групи під керівництвом професора Річарда Варбертона з фізичного факультету та Швейцарського інституту нанонауки (SNI) Базельський університет поєднали ці два типи електронно-діркових пар, навівши обидва з них до однакових енергій.
Це стало можливим завдяки регулюванню міжшарових екситонів. Отриманий зв’язок призводить до злиття властивостей двох типів електронно-діркових пар, що дозволяє вченим створювати об’єднані частинки, які не тільки дуже яскраві, але й дуже сильно взаємодіють.
Лукас Спонфельднер, докторант SNI Ph.D. Школа і перший автор статті розповів Phys.org, «Це дозволяє нам поєднати корисні властивості обох типів електронно-діркових пар. Ці об’єднані властивості можуть бути використані для створення нового джерела окремих фотонів, які є ключовим елементом квантове спілкування».
Вчені також показали, що цю складну систему електронно-діркових пар можна змоделювати за допомогою класичних моделей із галузей механіки та електроніки.
Професор Річард Варбертон сказав: «Зокрема, електронно-діркові пари можна дуже ефективно описати як коливальні маси або кола. Ці прості та загальні аналогії допомагають нам краще зрозуміти фундаментальні властивості зв’язаних частинок не лише в дисульфіді молібдену, але й у багатьох інших матеріальних системах і контекстах».
Довідка з журналу:
- Лукас Спонфельднер та ін., Ємнісно та індуктивно пов’язані екситони в двошаровому MoS2, Physical Review Letters, (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.107401
