Новая технология визуализации квантовых частиц. Экситоны – электрически нейтральные квазичастицы – обладают исключительными свойствами. Они существуют только в полупроводниковых и изоляционных материалах и могут быть легко доступны в двумерных (2D) материалах толщиной всего в несколько атомов, таких как углерод и молибденит. Когда эти 2D материалы объединены, они проявляют квантовые свойства, которыми ни один материал не обладает сам по себе.

Фото: CC0 Public Domain

Новое исследование Тель-Авивского университета посвящено изучению генерации и распространения экситонов в двумерных материалах в беспрецедентно малых временных рамках и с чрезвычайно высоким пространственным разрешением. Исследование было проведено профессором Хаимом Суховским и доктором Майклом Мрейеном из факультета точных наук TAU Raymond & Beverly Sackler и опубликовано в журнале Science Advances 1 февраля.

Квантовая механика является фундаментальной теорией в физике, которая описывает природу в мельчайших масштабах энергии. «Наша новая технология визуализации фиксирует движение экситонов за короткий промежуток времени и в нанометровом масштабе», – говорит доктор Мрейен. «Этот инструмент может быть чрезвычайно полезен для просмотра реакции материала в самые первые моменты, когда свет воздействует на него».

«Такие материалы могут быть использованы для значительного замедления света, чтобы манипулировать им или даже хранить его, что является востребованным средством связи и квантовых компьютеров на основе фотоники», – объясняет профессор Суховски. «С точки зрения возможностей прибора, эта сила открывает новые возможности для визуализации и манипулирования сверхбыстрой реакцией многих других материальных систем в других режимах спектра, таких как средний инфракрасный диапазон, в котором обнаруживается колебание многих молекул».

Ученые разработали уникальный метод пространственно-временной визуализации в фемтосекундном нанометрическом масштабе и наблюдали динамику экситон-поляритонов в диселениде вольфрама, полупроводниковом материале, при комнатной температуре.

Экситон-поляритон – это квантовое существо, порожденное взаимодействием света и вещества. Из-за конкретного изученного материала измеренная скорость распространения составляла около 1% от скорости света. В этом масштабе времени свету удается проехать всего несколько сотен нанометров.

«Мы знали, что у нас есть уникальный инструмент для определения характеристик, и что эти 2D-материалы были хорошими кандидатами для изучения интересного поведения на ультрабыстрых и ультрамалых пересечениях», – говорит доктор Мрейен. «Я должен добавить, что материал, диселенид вольфрама, чрезвычайно интересен с точки зрения применения. Он поддерживает такие состояния, связанные с легкой материей, в очень ограниченных размерах, вплоть до толщины одного атома, при комнатной температуре и в видимой области спектра».

В настоящее время исследователи изучают способы управления скоростью полупроводниковых волн, например, путем объединения нескольких 2D материалов в стопках.

По материалам phys.org