Окинава ғылым және технология институтының (OIST) зерттеушілері вольфрам диеленидінің бір қабатындағы экситондар шығаратын фотоэлектрондардың импульстің таралуын өлшеп, экситондардағы бөлшектердің ішкі орбиталарын немесе кеңістіктік таралуын көрсететін суреттерді түсірді - бұл дәл осылай. ғасырға жуық уақыт бұрын экситон ашылғаннан бері ғалымдар қол жеткізе алмаған мақсат.
Экситондар жартылай өткізгіштерде кездесетін материяның қозғалған күйі болып табылады - бұл материал түрі күн батареялары, жарықдиодты шамдар, лазерлер және смартфондар сияқты көптеген заманауи технологиялық құрылғылардың кілті болып табылады.
«Экситондар өте ерекше және қызықты бөлшектер; олар электрлік бейтарап, яғни олар материалдарда электрондар сияқты басқа бөлшектерден мүлдем өзгеше әрекет етеді. Олардың болуы материалдардың жарыққа реакциясын шынымен өзгерте алады», - деді Доктор Майкл Ман, OIST фемтосекундтық спектроскопиялық тобының бірінші авторы және ғалымы. «Бұл жұмыс бізді экситондардың табиғатын толық түсінуге жақындатады».
Жартылай өткізгіш фотондарды жұтқанда қоздырғыштар пайда болады, бұл теріс зарядталған электрондардың төмен энергия деңгейінен жоғары энергия деңгейіне секіруіне әкеледі. Бұл саңылаулар деп аталатын төменгі энергия деңгейлерінде оң зарядталған бос орындарды қалдырады. Қарама-қарсы зарядталған электрондар мен саңылаулар бір-бірін тартады және олар бір-бірінің орбитасына айнала бастайды, бұл экситондарды тудырады.
Жартылай өткізгіштерде қоздырғыштар өте маңызды, бірақ әзірге ғалымдар оларды шектеулі түрде анықтап, өлшей алады. Бір мәселе олардың сынғыштығында жатыр - экситондарды бос электрондар мен тесіктерге ыдырату үшін салыстырмалы түрде аз энергия қажет. Сонымен қатар, олар табиғатта ұшқын - кейбір материалдарда экситондар пайда болғаннан кейін бірнеше мыңдаған уақыт ішінде сөнеді, бұл кезде қозған электрондар қайтадан тесікке «құлайды».
«Ғалымдар алғаш рет экситондарды шамамен 90 жыл бұрын ашты», - деді профессор Кешав Дани, аға автор және OIST фемтосекундтық спектроскопия тобының жетекшісі. "Бірақ соңғы уақытқа дейін адамдар әдетте экситондардың оптикалық сипаттамаларын ғана алды - мысалы, экситондар жойылған кезде шығарылатын жарық. Олардың қасиеттерінің басқа аспектілері, мысалы, олардың импульсі және электрондар мен тесіктердің бір-бірімен жұмыс істеуі тек қана болуы мүмкін. Теориялық сипаттаудан алынған».
Алайда, 2020 жылдың желтоқсанында OIST Femtosecond Spectroscopy тобының ғалымдары Science журналында экситондардағы электрондардың импульсін өлшеудің революциялық әдісін сипаттайтын мақаланы жариялады. Енді, 21 сәуірдегі «Ғылым жетістіктері» санында команда бұл технологияны экситондардағы тесіктердің айналасында электрондардың таралуын көрсететін суреттерді алғаш рет түсіру үшін пайдаланды.
Зерттеушілер алдымен екі өлшемді жартылай өткізгішке лазерлік импульстарды жіберу арқылы экситондарды жасады - жуырда табылған материалдың бір түрі, қалыңдығы бірнеше атомды және одан да күшті экситондарды қамтиды. Экситондар пайда болғаннан кейін зерттеу тобы экситондарды ыдырату және электрондарды электронды микроскоптағы вакуумдық кеңістікке материалдан тікелей шығару үшін ультра жоғары энергия фотондары бар лазер сәулесін пайдаланды. Электрондық микроскоп материалдан ұшып шыққан электрондардың бұрышы мен энергиясын өлшейді. Бұл ақпараттан ғалымдар электрондар экситондардағы тесіктермен біріктірілген кездегі бастапқы импульсті анықтай алады.
"Бұл технологияның жоғары энергиялық физикадағы коллайдер тәжірибесімен кейбір ұқсастықтары бар. Коллайдерде бөлшектер күшті энергияның әсерінен қирады, оларды ыдыратады. Соқтығыс траекториясында пайда болған кішірек ішкі бөлшектерді өлшеу арқылы ғалымдар бөлшектеуге кірісе алады. бірге бастапқы толық бөлшектің ішкі құрылымы », - деді профессор Дани. «Мұнда біз ұқсас нәрсе істеп жатырмыз - біз экстремалды ультракүлгін жарық фотондарын экситондарды ыдырату үшін қолданамыз және ішіндегі нәрсені сипаттау үшін электрондардың траекториясын өлшейміз».
«Бұл қарапайым ерлік емес», - деп жалғастырды профессор Дани. "Өлшеу өте мұқият жүргізілуі керек - қозуды қыздырмау үшін төмен температурада және төмен қарқындылықта. Кескінді алу үшін бірнеше күн қажет болды. Соңында топ экситондардың толқындық функциясын сәтті өлшеді және ол The электронның саңылаудың айналасында орналасу ықтималдығы.
«Бұл жұмыс осы саладағы маңызды жетістік», - деді Джулиен Мадео, зерттеудің бірінші авторы және OIST Фемтосекундтық спектроскопиялық тобының ғалымы. "Бөлшектердің ішкі орбиталарын визуалды түрде көру мүмкіндігі, өйткені олар үлкенірек құрама бөлшектерді құрайды, бұл бізге композициялық бөлшектерді бұрын-соңды болмаған жолмен түсінуге, өлшеуге және ақырында бақылауға мүмкіндік береді. Бұл бізге осы тұжырымдамалар негізінде жаңаларын жасауға мүмкіндік береді. Кванттық зат пен технологияның жағдайы».
Copyright @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - Қытай талшықты-оптикалық модульдері, талшықты қосылатын лазерлер өндірушілері, лазерлік компоненттерді жеткізушілер Барлық құқықтар қорғалған.
