Kierteisiä elektroneja ja eksitoneja

Kaksi kiraalisten pintaeksitonien tyyppiä ovat kuvan oikealla ja vasemmalla puolella. Ne syntyvät oikean ja vasemmanpuolisen valon avulla. Eksitonit koostuvat elektronista, joka kiertää aukkoa samassa suunnassa kuin valo. Elektroni ja aukko annihilautuvat alle triljoonasosa sekunnissa, emittoiden valoa.

Rutgersin yliopiston fyysikot ovat tutkineet eksoottista elektronien muodostelmaa, jotka pyörivät kuin planeetat.

Ilmiötä kutsutaan kiraaliseksi pintaeksitoniksi ja se koostuu hiukkasista ja anti-hiukkasista, jotka ovat sitoutuneet yhteen ja kieppuvat toistensa ympärillä kiinteiden aineiden pinnalla.

Nyt tutkijat havaitsivat kiraalisia eksitoneja topologisen eristeen Bi2Se3:n pinnalla. Löytö lisää topologisten eristeiden potentiaalia fotoniikan ja optoelektroniikkalaitteiden alustana.

Havainto liittyykin sellaisiin laitesovelluksiin kuin aurinkokennot, laserit ja erilaiset näytöt.

Tieteilijät löysivät kiraalisia eksitoneja kiteen pinnalta, joka tunnetaan vismuttiselenidinä. Sitä voidaan valmistaa massatuotteena ja käyttää päällysteissä ja muina materiaaleina elektroniikassa.

Kiraalisten eksitonien dynamiikka ei ole vielä täysin selvä ja tutkijat haluavat käyttää ultranopeaa kuvantamista tutkiakseen niitä edelleen ja toiveissa on, että kiraalisia pintaeksitoneja löytyisi myös muista materiaaleista.

Tel Avivin yliopiston tutkijoiden kehittämä uusi kuvantamistekniikka tallentaa kvanttihiukkasten liikettä ennennäkemättömällä resoluutiolla Erityisesti he ovat tutkineet eksitonien syntymistä ja leviämistä kaksiulotteisissa materiaaleissa professori Haim Suchowski ja tohtori Michael Mrejen johdolla.

He ovat kuvanneet eksitonin liikettä femtosekuntien ja nanometrien mittakaavoissa. Menetelmä mahdollisti havaita eksitoni-polaritonin dynamiikkaa puolijohteisessa volframidiselenidissä huoneen lämpötilassa. Eksitoni-polaritoni on valon ja aineen kytkeytymisen kautta syntynyt kvanttiolento.

"Tutkittuja materiaaleja voidaan käyttää hidastamaan valoa merkittävästi sen manipuloimiseksi tai jopa tallentamaan sitä, ominaisuuksia jotka ovat erittäin haluttuja viestinnässä ja fotoniikkaan perustuvissa kvanttitietokoneissa", professori Suchowski selittää.

Tutkitun materiaalin mitattu etenemisnopeus oli noin 1% valon nopeudesta. Tässä aikaskaalassa valo onnistuu kulkemaan vain muutamia satoja nanometrejä.

"Tiesimme, että meillä oli ainutlaatuinen karakterisointityökalu ja että nämä 2D-materiaalit olivat hyviä ehdokkaita tutustua mielenkiintoiseen käyttäytymiseen ultranopeissa ja ultrapienissä yhteyksissä," sanoo Mrejen.

"Lisäksi volframidiselenidi on materiaalina erittäin mielenkiintoinen sovellusten näkökulmasta. Se ylläpitää tällaisia valo-aine kytkennän tiloja hyvin rajoitetuissa mitoissa, yksittäisen atomin paksuuteen asti, huoneenlämpötilassa ja näkyvän spektrin alueella."

Aiheista aiemmin:

Tutkijat löysivät kiraalisia fononeja

Kuvia eksitoni-polaritoneista