Studiuesit kanë sukses në bashkimin e dy llojeve të çifteve elektron-vrima

Materialet dydimensionale të van der Waals kanë qenë fokusi i punës nga grupe të shumta kërkimore për disa kohë. Duke qëndruar vetëm me disa shtresa atomike të trasha, këto struktura prodhohen në laborator duke kombinuar shtresa të trasha atomike të materialeve të ndryshme (në një proces të referuar si “Lego atomike”). Ndërveprimet ndërmjet shtresave të grumbulluara lejojnë që heterostrukturat të shfaqin veti që u mungojnë përbërësve individualë.

Disulfidi i molibdenit me dy shtresa është një material i tillë van der Waals, në të cilin elektronet mund të ngacmohen duke përdorur një strukturë të përshtatshme eksperimentale. Këto grimca të ngarkuara negativisht më pas lënë pozicionin e tyre në brezin e valencës, duke lënë pas një vrimë të ngarkuar pozitivisht dhe hyjnë në brezin e përcjelljes. Duke pasur parasysh ngarkesat e ndryshme të elektroneve dhe vrimave, të dyja tërhiqen nga njëri-tjetri dhe formojnë atë që njihet si një grimcë. Ky i fundit quhet edhe një çift elektron-vrima, ose eksiton, dhe mund të lëvizë lirshëm brenda materialit.

Në disulfidin me dy shtresa të molibdenit, ngacmimi me dritë prodhon dy lloje të ndryshme çiftesh elektron-vrima: çifte brendashtresore, në të cilat elektroni dhe vrima janë të lokalizuara në të njëjtën shtresë të materialit, dhe çiftet ndërshtresore, vrima dhe elektroni i të cilave ndodhen në shtresa të ndryshme dhe për këtë arsye janë të ndara në hapësirë ​​nga njëra-tjetra.

Këto dy lloje të çifteve elektron-vrima kanë veti të ndryshme: Çiftet brendashtresore ndërveprojnë fuqishëm me dritën – me fjalë të tjera, ato shkëlqejnë shumë shkëlqyeshëm. Nga ana tjetër, eksitonet ndërshtresore janë shumë më të zbehta, por mund të zhvendosen në energji të ndryshme dhe për këtë arsye u lejojnë studiuesve të rregullojnë gjatësinë e valës së absorbuar. Ndryshe nga eksitonet brendashtresore, eksitonet ndërshtresore shfaqin gjithashtu ndërveprime shumë të forta, jolineare me njëri-tjetrin – dhe këto ndërveprime luajnë një rol thelbësor në shumë nga aplikimet e tyre të mundshme.

Tani, studiuesit nga grupi i udhëhequr nga profesori Richard Warburton i Departamentit të Fizikës dhe Institutit Zviceran të Nanoshkencës (SNI) të Universitetit të Bazelit kanë bashkuar këto dy lloje të çifteve elektron-vrima duke i sjellë të dyja në energji të ngjashme. Kjo konvergjencë është e mundur vetëm falë rregullueshmërisë së eksitoneve ndërshtresore, dhe bashkimi që rezulton bën që vetitë e dy llojeve të çiftit elektron-vrima të bashkohen. Prandaj, studiuesit mund të krijojnë grimca të bashkuara që jo vetëm janë shumë të ndritshme, por edhe ndërveprojnë shumë fort me njëra-tjetrën.

“Kjo na lejon të kombinojmë vetitë e dobishme të të dy llojeve të çifteve elektron-vrima,” shpjegon Lukas Sponfeldner, një student i doktoraturës në SNI Ph.D. Shkolla dhe autori i parë i punimit. “Këto veti të bashkuara mund të përdoren për të prodhuar një burim të ri të fotoneve individuale, të cilat janë një element kyç i komunikimit kuantik.”

Në punimin, i cili u botua në Physical Review Letters, studiuesit tregojnë gjithashtu se ky sistem kompleks i çifteve elektron-vrima mund të simulohet duke përdorur modele klasike nga fushat e mekanikës ose elektronikës.

Në mënyrë të veçantë, çiftet elektron-vrima mund të përshkruhen në mënyrë shumë efektive si masa ose qarqe lëkundëse. “Këto analogji të thjeshta dhe të përgjithshme na ndihmojnë të kuptojmë më mirë vetitë themelore të grimcave të çiftëzuara, jo vetëm në disulfidin e molibdenit, por edhe në shumë sisteme dhe kontekste të tjera materiale,” shpjegon profesori Richard Warburton.