Eksitoneja, bieksitoneja ja polaritoneja samassa materiaalissa

Halidi orgaanis-epäorgaanisen perovskiitti (HOIP). Timanttimuotoja kutsutaan perovskiiteiksi, ja se on kvanttihiukkasten liikkeen kiteinen kerros. Välissä on orgaaninen kerros, joka vaikuttaa pääasiassa HOIP:n yleiseen joustavuuteen, joka on tämän kehittyvän uudenlaisen puolijohteen tunnusmerkki.

Kansainvälinen tutkijatiimi, jota johti Georgia Institute of Technologyn tutkijat, on tehnyt yllättävän havainnon siitä, että kaksiulotteisissa hybrideissä perovskiittimateriaaleissa voi esiintyä useita erilaisia ​​ ominaisuuksia.

Tämä havainto voisi avata joukon uusia laitesovelluksia, mutta myös herättää monia kysymyksiä mekanismeista, jotka aiheuttavat tällaisen ilmiön.

Hybrideihin orgaanis-epäorgaanisiin perovskiitteihin (HIOP) perustuvat puolijohderakenteet ovat yleistymässä niiden mahdollisten sovellusten ansiosta tehokkaissa ledeissä, aurinkokennoissa, lasereissa ja muissa.

Nämä hybridimateriaalit ovat pehmeitä ja joustavia ja niitä on paljon helpompi valmistaa kuin vertailukelpoisia puolijohteita. Tämä voi johtaa siihen, että tulevaisuudessa HIOP-levyjen ohuita kalvoja käytetään elektronisina rakenteina, jotka voidaan maalata jollekin pinnalle.

Temppu saada materiaali säteilemään valoa on soveltaa energiaa elektroneihin niin että ne tekevät kvanttihyppyjä kiertoradaltaan ja sitten perustasolle palatessaan emittoivat tämän energian valona​​.

Mutta on olemassa mahdollinen houkuttelevampi tapa tuottaa valoa ja se on uusien hybridi-puolijohteiden keskeinen vahvuus.

Elektronilla on negatiivinen varaus ja sen kiertoradalle jättämällä aukolla on positiivinen varaus. Yhdessä ne voivat muodostaa kvasipartikkelin, jota kutsutaan eksitoniksi. Eksitoni on erittäin korkeaenerginen ilmiö, mikä tekee sen tehokkaaksi valon emissoijaksi.

Mutta yleensä eksitoneja on erittäin vaikea ylläpitää puolijohteessa.

”Perinteisten puolijohteiden eksitoniset ominaisuudet ovat stabiileja vain erittäin kylmissä lämpötiloissa”, toteaa professori Carlos Silva. "Mutta HOIPsissa eksitoniset ominaisuudet ovat hyvin stabiileja huoneen lämpötilassa."

Eksitonit voivat vapautua atomeistaan ​​ja liikkua ei-metallisissa materiaaleissa. Lisäksi HOIP:ssä olevat eksitonit voivat pyörähdellä muiden eksitonien ympärillä muodostaen bieksitoneja. Edelleen eksitonin pyöriminen atomiytimen ympärillä saa aikaan vielä yhden kvasipartikkelin, jota kutsutaan polaroniksi.

Kaiken tämän yhdistäminen luo tilanteen, että HOIPit ovat täynnä positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita ioneja ja niillä on varsin merkittävä vaikutus materiaalin tulevaisuuden näkymiin.

Aiheesta aiemmin:

Eksitonit elektroniikan käyttöön