Новости

Получено изображение орбиты электрона внутри экситона

Исследователи из Окинавского института науки и технологий (Япония) впервые в мире получили изображение электрона в экситоне.

Работа опубликована в журнале Science Advances, коротко о ней рассказывает Science Daily.

Экситоны образуются, когда полупроводники поглощают фотоны, что заставляет отрицательно заряженные электроны переходить с более низкого энергетического уровня на более высокий. При этом на нижнем уровне остаются положительно заряженные пустые пространства — дырки. Противоположно заряженный электрон и дырка притягиваются и начинают вращаться друг вокруг друга, что и создает экситон.

Экситоны играют решающую роль в полупроводниках, но до недавнего времени можно было получить доступ только к оптическим сигнатурам экситонов — например, к свету, испускаемому экситоном при гашении. Другие аспекты их природы, такие как их импульс, и то, как электрон и дырка вращаются по орбите, можно было описать только теоретически.

Экситоны хрупки и легко распадаются на свободные электроны и дырки. Кроме того, они недолговечны по своей природе — в некоторых материалах экситоны гаснут примерно через несколько пикосекунд.

В новом исследовании ученые сначала генерировали экситоны, посылая лазерный импульс света на двумерный полупроводник — недавно открытый класс материалов, которые имеют толщину всего несколько атомов и содержат более прочные экситоны.

После того как экситоны были сформированы, команда использовала лазерный луч с фотонами сверхвысокой энергии, чтобы разбить экситоны и выбросить электроны прямо из материала в вакуумное пространство в электронном микроскопе.

Электронный микроскоп измерял угол и энергию электронов, вылетающих из материала. На основе этой информации ученые смогли определить начальный импульс электрона, когда он был привязан к дырке внутри экситона.

«Этот метод имеет некоторое сходство с экспериментами на коллайдерах физики высоких энергий, где частицы сталкиваются вместе, разбиваясь на более мелкие. Здесь мы делаем нечто похожее: используем фотоны, чтобы разбивать экситоны и измерять траектории электронов, — пояснили исследователи. — Это было непросто. Измерения нужно было проводить с особой осторожностью — при низкой температуре и низкой интенсивности, чтобы избежать нагрева экситонов. Для получения одного изображения потребовалось несколько дней».

«Возможность визуализировать внутренние орбиты частиц позволит нам понять, измерить и в конечном итоге контролировать составные частицы. Это, в свою очередь, может позволить нам создавать новые квантовые состояния материи и технологии», — заключили физики.

Фото: OIST

Антивещество охладили лазерным лучом почти до абсолютного нуля

Российские ученые впервые протестировали токамак «Глобус-М2» на удержание энергии плазмы

Читайте также
Выявлен фактор, который может помешать работе квантовых компьютеров
Выявлен фактор, который может помешать работе квантовых компьютеров
Он есть практически повсюду.
Выяснилось, почему Вселенная везде одинакова
Выяснилось, почему Вселенная везде одинакова
Теория Эйнштейна вновь оказалась на высоте.
Необычное излучение нейтронных звезд, возможно, доказывает существование неуловимой частицы
Необычное излучение нейтронных звезд, возможно, доказывает существование неуловимой частицы
Существование аксионов пока не удалось доказать, но теперь есть новая область для их поиска.