Международная исследовательская группа, возглавляемая Геттингенским университетом, впервые наблюдала нарастание физического явления, которое играет важную роль в преобразовании солнечного света в электрическую энергию в двумерных материалах. Ученым удалось сделать квазичастицы, известные как экситоны темного муарового слоя, видимыми и объяснить их образование с помощью квантовой механики. Исследователи показывают, как экспериментальный метод, недавно разработанный в Геттингене, фемтосекундная фотоэмиссионная импульсная микроскопия, обеспечивает глубокое понимание на микроскопическом уровне, что будет иметь отношение к развитию технологий будущего. Результаты были опубликованы в Природа.
Атомарно тонкие структуры, изготовленные из двумерных полупроводниковых материалов, являются многообещающими кандидатами на будущие компоненты в электронике, оптоэлектронике и фотовольтаике. Интересно, что свойствами этих полупроводников можно управлять необычным способом: подобно кирпичикам Lego, атомарно тонкие слои можно укладывать друг на друга. Однако есть еще один важный трюк: в то время как кирпичи Lego можно укладывать только сверху - прямо или скрученными под углом 90 градусов, - угол поворота в структуре полупроводников можно изменять. Именно этот угол поворота интересен для производства новых типов солнечных элементов.
Однако, хотя изменение этого ракурса может выявить прорывы в новых технологиях, это также приводит к экспериментальным проблемам. Фактически, типичные экспериментальные подходы имеют лишь косвенный доступ к экситонам муарового межслоя, поэтому эти экситоны обычно называют "темными" экситонами. "С помощью фемтосекундной импульсной микроскопии фотоэмиссии нам действительно удалось сделать эти темные экситоны видимыми", - объясняет доктор Марсель Ройтцель, младший руководитель исследовательской группы на физическом факультете Геттингенского университета. "Это позволяет нам измерить, как формируются экситоны в масштабе времени в миллионную долю миллисекунды. Мы можем описать динамику образования этих экситонов, используя квантово-механическую теорию, разработанную исследовательской группой профессора Эрмин Малик в Марбурге".
"Эти результаты не только дают нам фундаментальное представление о формировании темных муаровых межслойных экситонов, но и открывают совершенно новую перспективу, позволяющую ученым изучать оптоэлектронные свойства новых и интересных материалов", - говорит профессор Стефан Матиас, руководитель исследования на физическом факультете Геттингенского университета. "Этот эксперимент является новаторским, потому что впервые мы обнаружили сигнатуру муарового потенциала, отпечатанного на экситоне, то есть влияние комбинированных свойств двух скрученных полупроводниковых слоев. В будущем мы продолжим изучать этот специфический эффект, чтобы узнать больше о свойствах получаемых материалов".
Это исследование стало возможным благодаря Немецкому исследовательскому фонду (DFG), который предоставил финансирование Центра совместных исследований для CRCS "Управление преобразованием энергии в атомных масштабах" и "Математика эксперимента" в Геттингене и CRC "Структура и динамика внутренних интерфейсов" в Марбурге.
Комментарии