Международен екип от учени от университетите в Гьотинген, Марбург, Берлин

Международен екип от учени от университетите в Гьотинген, Марбург, Берлин и Грац реализира значим пробив във физиката на полупроводниците. Изследователите комбинираха два обещаващи типа материали (органични и двуизмерни полупроводници) и откриха на границата им кардинално нов вид квазичастици. Резултатите са оповестени в списание Nature Physics.

Екситоните са квантовомеханични частици, състоящи се от електрон, обвързван с електронна дупка. Те пораждат при усвояване на светлина в полупроводниците и играят основна роля в работата на слънчевите кафези и светодиодите. В другите материали обаче екситоните се държат по друг метод: в органичните полупроводници те са съвсем неподвижни, безусловно „ заклещени “ на едно място, до момента в който в двуизмерните полупроводници са свободни и могат да се движат из целия материал.

Учените вземат решение да схванат какво се случва, в случай че се комбинират тези два класа субстанции.

За опита те употребяват двуизмерния материал волфрамов диселенид (WSe₂) и органичния полупроводник PTCDA. С помощта на усъвършенствана фотоелектронна спектроскопия (т.нар. импулсна микроскопия), откривателите съумяват безусловно да снимат „ филм “ за това по какъв начин електронната конструкция се трансформира под въздействието на светлината.

Резултатът надвиши упованията на експертите. На границата сред двата материала се появиха хибридни екситони, които съчетават свойствата на двата вида.

„ Ключът към свръхбързия транспорт на сила е образуването на хибридни екситони, за които в този момент открихме присъщ пробен автограф. “

обяснява професор Стефан Матиас от университета в Гьотинген

Бързината на процесите учудва даже самите учени. Оказало се, че поглъщането на фотон в двуизмерен материал води до прекачване на сила в органичния пласт за по-малко от една 10-трилионна част от секундата. Подобна времева разграничителна дарба (квадрилионни елементи от секундата) разреши за първи път да се проследят в елементи фундаменталните микроскопични процеси на границата сред материалите.

Практическото значение на откритието не може да бъде подценено.

„ Нашите резултати ни разрешават да разберем по-добре и да използваме дейно фундаменталните процеси на транспорт на сила и заряд в полупроводниковите наноструктури. Това е решаваща стъпка към ефикасни слънчеви кафези, свръхбързи оптоелектронни съставни елементи и нови приложения в квантовите технологии. “

казва Вибке Бенеке, първи създател на проучването

Тя отбелязва и символиката на откритието: в годината на 100-годишнината от основаването на квантовата механика то ясно демонстрира какъв брой значима е тази доктрина за бъдещите технологии.