Важен напредък в полупроводниковата физика бе постигнат от международен екип, включващ учени от университетите в Гьотинген, Марбург, Берлин и Грац. Изследователите комбинираха органични и двуизмерни полупроводници, откривайки нов тип квазичастици, което е документирано в списание Nature Physics.
Екситоните, квантовомеханични частици, представляват електрон, свързан с електронна дупка и играят важна роля в слънчевите клетки и светодиодите. Въпреки това, поведението им варира в зависимост от материала: в органичните полупроводници те са почти неподвижни, докато в двуизмерните полупроводници са свободни да се движат.
Учените решават да разберат какво се случва, ако се комбинират тези два класа вещества.
В експеримента е използван волфрамов диселенид (WSe₂) и органичният полупроводник PTCDA. С усъвършенствана фотоелектронна спектроскопия, известна като импулсна микроскопия, изследователите успяха да заснемат промените в електронната структура под въздействието на светлината.
Резултатът надхвърли очакванията на специалистите.
„Ключът към свръхбързия пренос на енергия е образуването на хибридни екситони, за които сега открихме характерен експериментален подпис.“
обяснява професор Стефан Матиас от университета в Гьотинген
Учениците бяха изненадани от бързината на процесите. Открито е, че поглъщането на фотон в двуизмерен материал предизвиква прехвърляне на енергия в органичния слой за по-малко от една 10-трилионна част от секундата. Тази времева разделителна способност позволява детайлно проследяване на микроскопичните процеси на границата между материалите.
Практическото значение на откритията е значително.
„Нашите резултати ни позволяват да разберем по-добре и да използваме ефективно фундаменталните процеси на пренос на енергия и заряд в полупроводниковите наноструктури. Това е решаваща стъпка към ефективни соларни клетки, свръхбързи оптоелектронни компоненти и нови приложения в квантовите технологии.“
казва Вибке Бенеке, първи автор на изследването
Тя подчертава и символиката на откритията: в годината на 100-годишнината от квантовата механика, те демонстрират значението на тази теория за бъдещите технологии.