Ученые из Тель-Авивского университета предложили инновационную методику для изучения распространения экситонных поляритонов в полупроводниковых материалах.
Экситоны, представляющие собой электрически нейтральные квазичастицы, характеризуются выдающимися свойствами. Данные образования возникают исключительно в полупроводниках и изоляторах, и их легко генерировать в двумерных материалах, имеющих толщину всего в несколько атомов, таких как графен и молибденит. Объединение таких двумерных материалов приводит к проявлению квантовых эффектов, недоступных каждому из них в отдельности.
Новое исследование, выполненное специалистами Тель-Авивского университета, посвящено изучению процессов генерации и распространения экситонов в двумерных материалах. Оно позволяет наблюдать эти процессы за крайне короткий промежуток времени и с беспрецедентно высоким пространственным разрешением. Работа проводилась под руководством профессора Хаима Суховского и доктора Майла Мрежена, опубликовано в журнале Science Advances.
«По словам Мрежена, новая технология визуализации позволяет регистрировать движение экситонов за короткий промежуток времени и с разрешением в нанометры. Этот инструмент может оказаться полезным при изучении того, как материал реагирует на воздействие света в первые моменты».
«Такие материалы можно использовать для значительного замедления света, чтобы манипулировать им или даже хранить его, — это свойства, пользующиеся высоким спросом в коммуникациях и для квантовых компьютеров на основе фотоники, — объясняет профессор Суховский. — С точки зрения возможностей инструмента это «проявление силы» открывает новые пути для визуализации и манипуляций ультрабыстрой реакцией многих материальных систем в других режимах спектра, таких как средний инфракрасный диапазон, в котором обнаруживается колебание многих молекул».
Ученые разработали уникальную пространственно-временную технику на фемтосекундно-нанометрическом масштабе и наблюдали экситон-поляритонную динамику в диселениде вольфрама — полупроводниковом материале — при комнатной температуре.
Экситонный поляритон – это квантовое образование, возникающее при взаимодействии света и вещества. В исследованном материале его скорость распространения приблизительно равнялась проценту от скорости света. В таком временном масштабе свет способен пройти всего несколько сотен нанометров.
«Мы осознавали, что обладаем уникальным средством для характеристики, а двумерные материалы представляли собой перспективные объекты для изучения сложного поведения на ультрабыстрых и ультрамасштабных границах, — говорит Мрежен. — Хочу подчеркнуть, что материал, диселенид вольфрама, представляет значительный интерес с точки зрения практического применения. Он позволяет поддерживать смешанные состояния света и материи в условиях крайне ограниченной размерности — до толщины в один атом — при комнатной температуре и в видимом спектре».