Ученые физики выявили необычную форму электронов, которые движутся по орбитам, подобно планетам. Это открытие потенциально может способствовать созданию инновационных технологий в области освещения, солнечной энергетики, лазерных систем и электронных дисплеев.
Ученые описали в своей работе необычную форму электронов, названную «хиральным поверхностным экситоном». Она представляет собой связанную пару частицы и античастицы, вращающихся друг вокруг друга на поверхности твердых тел, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Хиральность описывает свойство, подобное различию между правой и левой руками: они схожи по форме, но при этом асимметричны и не совпадают со своим зеркальным отражением.
Экситоны образуются при попадании интенсивного света на твердые тела, выбивая отрицательно заряженные электроны из их мест и оставляя там положительно заряженные дырки.
Электроны и дырки можно сравнить с быстро вращающимися волчками. Электроны в конечном итоге «скручиваются» по спирали к дыркам, где они аннигилируют менее чем за одну триллионную секунду, излучая «фотолюминесцентный» свет. Это открытие может найти применение при создании солнечных батарей, лазеров и различных дисплеев.
Ученые обнаружили хиральные экситоны на поверхности кристалла селенида висмута, который можно запустить в массовое производство и использовать в покрытиях и других материалах, применяющихся в электронике, при комнатной температуре.
«Селенид висмута представляет собой необычное соединение, входящее в семейство квантовых материалов, известных как «топологические изоляторы», — поясняет ведущий автор исследования Гирш Бламберг. — Поверхность этих материалов содержит несколько каналов, обеспечивающих высокую электропроводность».
Механизм формирования хиральных экситонов остается не до конца понятным, и исследователи стремятся использовать сверхбыструю съемку для их дальнейшего изучения. Хиральные поверхностные экситоны могут находиться и на других материалах.