Sinukat ng mga mananaliksik sa Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) ang momentum distribution ng mga photoelectron na ibinubuga ng mga excitons sa isang solong layer ng tungsten diselenide, at nakunan ng mga imahe na nagpapakita ng mga panloob na orbit o spatial distribution ng mga particle sa excitons—ito ito. isang layunin na hindi nakamit ng mga siyentipiko mula nang matuklasan ang exciton halos isang siglo na ang nakalipas.
Ang mga Exciton ay ang nasasabik na estado ng bagay na matatagpuan sa mga semiconductor-ang uri ng materyal na ito ang susi sa maraming modernong teknolohikal na aparato, tulad ng mga solar cell, LED, laser, at smartphone.
"Ang mga exciton ay napaka-natatangi at kawili-wiling mga particle; sila ay electrically neutral, na nangangahulugan na sila ay kumikilos sa mga materyales na ibang-iba mula sa iba pang mga particle tulad ng mga electron. Ang kanilang presensya ay maaaring talagang baguhin ang paraan ng reaksyon ng mga materyales sa liwanag," Common Said Dr. Michael Man, ang unang may-akda at siyentipiko sa Femtosecond Spectroscopy Group ng OIST. "Ang gawaing ito ay naglalapit sa amin sa ganap na pag-unawa sa likas na katangian ng mga excitons."
Ang mga exciton ay nabuo kapag ang isang semiconductor ay sumisipsip ng mga photon, na nagiging sanhi ng mga negatibong sisingilin na mga electron na tumalon mula sa mababang antas ng enerhiya patungo sa isang mataas na antas ng enerhiya. Nag-iiwan ito ng mga bakante na may positibong singil sa mas mababang antas ng enerhiya, na tinatawag na mga butas. Ang magkasalungat na sisingilin na mga electron at butas ay umaakit sa isa't isa, at nagsisimula silang mag-orbit sa isa't isa, na lumilikha ng mga exciton.
Ang mga exciton ay mahalaga sa mga semiconductor, ngunit sa ngayon, ang mga siyentipiko ay maaari lamang makita at masusukat ang mga ito sa isang limitadong paraan. Ang isang problema ay nakasalalay sa kanilang kahinaan - nangangailangan ito ng kaunting enerhiya upang masira ang mga exciton sa mga libreng electron at butas. Bilang karagdagan, ang mga ito ay panandalian sa kalikasan-sa ilang mga materyales, ang mga exciton ay papatayin sa loob ng ilang ikasanlibo ng oras pagkatapos na sila ay nabuo, kung saan ang mga nasasabik na mga electron ay "huhulog" pabalik sa butas.
"Unang natuklasan ng mga siyentipiko ang mga exciton mga 90 taon na ang nakalilipas," sabi ni Propesor Keshav Dani, senior author at pinuno ng femtosecond spectroscopy group ng OIST. "Ngunit hanggang kamakailan lamang, ang mga tao ay kadalasang nakakuha lamang ng mga optical na katangian ng mga exciton--halimbawa, ang ilaw na ibinubuga kapag nawala ang mga exciton. Ang iba pang aspeto ng kanilang mga katangian, tulad ng kanilang momentum, at kung paano gumagana ang mga electron at butas sa isa't isa, ay maaari lamang nagmula sa Describe theoretically."
Gayunpaman, noong Disyembre 2020, ang mga siyentipiko mula sa OIST Femtosecond Spectroscopy Group ay nag-publish ng isang papel sa journal Science na naglalarawan ng isang rebolusyonaryong pamamaraan para sa pagsukat ng momentum ng mga electron sa mga exciton. Ngayon, sa isyu ng "Science Advances" noong Abril 21, ginamit ng team ang teknolohiyang ito upang kumuha ng mga larawan sa unang pagkakataon na nagpapakita ng distribusyon ng mga electron sa paligid ng mga butas sa mga exciton.
Ang mga mananaliksik ay unang nakabuo ng mga exciton sa pamamagitan ng pagpapadala ng mga pulso ng laser sa isang two-dimensional na semiconductor-isang uri ng materyal na natuklasan kamakailan na ilang atoms lamang ang kapal at naglalaman ng mas malakas na mga exciton. Matapos mabuo ang mga exciton, gumamit ang research team ng laser beam na may mga ultra-high energy photon upang mabulok ang mga exciton at direktang sipain ang mga electron palabas ng materyal papunta sa vacuum space sa electron microscope. Sinusukat ng electron microscope ang anggulo at enerhiya ng mga electron habang lumilipad sila palabas ng materyal. Mula sa impormasyong ito, matutukoy ng mga siyentipiko ang paunang momentum kapag ang mga electron ay pinagsama sa mga butas sa mga exciton.
"Ang teknolohiyang ito ay may ilang pagkakatulad sa collider experiment sa high-energy physics. Sa collider, ang mga particle ay pinagdurog-durog sa pamamagitan ng malakas na enerhiya, na naghihiwalay sa kanila. Sa pamamagitan ng pagsukat sa mas maliliit na internal particle na ginawa sa collision Trajectory, maaaring magsimulang magpira-piraso ang mga siyentipiko. magkasama ang panloob na istraktura ng orihinal na kumpletong particle," sabi ni Propesor Dani. "Narito, gumagawa kami ng isang bagay na katulad - gumagamit kami ng matinding ultraviolet light photon upang masira ang mga exciton, at sinusukat ang mga trajectory ng mga electron upang ilarawan kung ano ang nasa loob."
"Ito ay hindi isang simpleng gawa," patuloy ni Propesor Dani. "Ang pagsukat ay dapat gawin nang maingat-sa mababang temperatura at mababang intensity upang maiwasan ang pag-init ng mga excitons. Tumagal ng ilang araw upang makakuha ng isang imahe. Sa huli, matagumpay na nasusukat ng team ang wave function ng mga excitons, at nagbigay ito ng The posibilidad na ang elektron ay matatagpuan sa paligid ng butas.
"Ang gawaing ito ay isang mahalagang pagsulong sa larangang ito," sabi ni Dr. Julien Madeo, ang unang may-akda ng pag-aaral at isang siyentipiko sa Femtosecond Spectroscopy Group ng OIST. "Ang kakayahang makita nang biswal ang mga panloob na orbit ng mga particle, dahil bumubuo sila ng mas malalaking composite particle, na nagbibigay-daan sa amin na maunawaan, sukatin at sa huli ay kontrolin ang mga composite particle sa hindi pa nagagawang paraan. Ito ay nagpapahintulot sa amin na lumikha ng mga bago batay sa mga konseptong ito. Ang quantum estado ng bagay at teknolohiya."
Copyright @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - China Fiber Optic Modules, Fiber Coupled Lasers Manufacturers, Laser Components Supplier All Rights Reserved.
