Sciencemag.cz
Doporučujeme
Exciton je kvazičástice, kombinace elektronu exctiovaného na vyšší energetickou úroveň a kladně nabité díry na jeho původním místě. Co je potom biexciton? Můžeme si ho prý představit nějak jako molekulu vodíku, prostě kombinaci dvou „atomů“, které se samy zase skládají z jedné kladně a jedné záporně nabité částice.
Vědci ze Swinburne University of Technology a Australian National University nyní pomocí speciální spektroskopické techniky dokázali změřit vazebnou energii biexcitonu v sulfidu wolframičitém WS2. Navíc má být důležité, že nešlo o běžný „objemový“, ale o 2D materiál. V této podobě se vazebná energie biexcitonů zvyšuje (snadněji vznikají – vazebná energie je energie potřebná k rozbití příslušné vazby, respektive uvolněná při jejím vzniku). Mohlo by to platit i pro další excitonové komplexy. Biexcitony jsou v mnohých dichalkogenidech přechodných kovů (jako je právě WS2) stabilní i při pokojové teplotě. Tyto materiály by mohly nahradit současné obvody CMOS a mj. dále snížit spotřebu energie. Dichalkogenidy přechodných kovů mohou být ve 2D vodiče, polovodiče i izolanty, navíc i s topologickými vlastnostmi (jiná vodivost na okraji a uvnitř).
Co se týče samotné techniky: vazebná energie biexcitonu byla změřena pomocí dvoukvantové multidimenzionální koherentní spektroskopie (two-quantum multidimensional coherent spectroscopy, 2Q-MDCS). Prostřednictvím speciálních optických pulzů pak lze přímo zkoumat dvojnásobně excitovaný biexcitonový stav a zároveň eliminovat jakýkoli příspěvek od jednotlivě excitovaných excitonových stavů, praví průvodní tisková zpráva. Při pozorování biexcitonu pomocí 2Q-MDCS je generován také signál z interagujícího, ale nevázaného excitonového páru, označovaného jako korelované excitony. Vazebná energie se pak určí jako rozdíl mezi energií biexcitonu a dvou korelovaných excitonů (poznámka: i přes nesrozumitelné výrazivo zde samotný princip pochopitelný snad kupodivu je, tedy až potud…?).
Kromě toho studie identifikovala i další vlastnosti biexcitonu v jednovrstvém WS2. Pozorovaný biexciton se skládal ze dvou jasných excitonů s opačným spinem, což se u WS2 označuje jako biextion typu bright-bright intervalley. V minulosti se k měřením biexctionů používala zejména fotoluminiscence (fotoluminiscenční spektroskopie), která dokázala zachycovat pouze fotony (= stanovovat jejich energii) při přechodu z biexcitonů na exciton; jenže všechny ty kvazičástice mohly být stejně v různých stavech (dále různě excitovaných). V těchto měřeních pak navíc vycházelo, že biexciton se skládá z excitonu světlého (bight, viz výše) a temného (dark). Temné excitony se nyní ale nepotvrdily (temné excitony jsou takové, které se rekombinují bez vyzáření fotonu; viz také: Temné excitony v uhlíkových nanotrubičkách.
Biexctitony mohou být potenciálně využity v řadě zařízení, např. v kompaktnějších laserech nebo chemických senzorech. Obecně lze podle autorů studie takto realizovat kvantové fáze hmoty, které nejsou dosud příliš známy.
M A Conway et al, Direct measurement of biexcitons in monolayer WS2, 2D Materials (2021). DOI: 10.1088/2053-1583/ac4779
Zdroj: FLEET/Phys.org
