[ad_1]

اکسیتون های تاریک در کانون توجه قرار می گیرند

دکتر جولین مادئو ، دانشمند واحد طیف سنجی Femtosecond OIST ، پرتو را با نور ماوراio بنفش شدید تراز می کند. اعتبار: OIST

دانشمندان با پیش بینی پایان یک دهه ، در یک کلاس جدید امیدوار کننده نیمه رسانای دو بعدی بسیار نازک ، ابتدا ذرات دست نیافتنی به نام اکسیتون های تاریک را که توسط نور قابل مشاهده نیستند ، تجسم و اندازه گیری کردند.

تکنیک قدرتمندی که در یک مجله برجسته توصیف شده است علوم پایه، می تواند انقلابی در تحقیقات نیمه هادی ها و اکسیتون های دو بعدی ایجاد کند ، و پیامدهای عمیقی را برای دستگاه های فن آوری آینده ، از سلول های خورشیدی و LED ها تا تلفن های هوشمند و لیزر ایجاد می کند.

اکسیتون ها حالت های هیجان زده ماده ای هستند که در نیمه هادی ها یافت می شوند – ماده اصلی در بسیاری از فناوری های مدرن. آنها هنگامی تشکیل می شوند که الکترونهای موجود در یک ماده نیمه رسانا توسط نور به حالت انرژی بالاتر برانگیخته می شوند و یک “سوراخ” در سطح انرژی که الکترون قبلاً در آن قرار داشت ، پشت سر می گذارند.

پروفسور كشاو دانی ، رئیس بخش طیف سنجی فمتوثانیه در انستیتوی علم و فناوری در اوكیناوا (OIST) ، نویسنده ارشد ، توضیح داد: “سوراخ ها فقدان یك الکترون هستند و بنابراین بار معكوس الکترون را حمل می كنند.” “این بارهای مخالف جذب می شوند و الکترون ها و حفره ها با هم ترکیب می شوند و اکسیتون هایی را ایجاد می کنند ، و سپس می توانند در سراسر مواد حرکت کنند.”

در نیمه رساناهای معمولی ، اکسیتون ها در کمتر از چند میلیارد ثانیه پس از ایجاد از بین می روند. علاوه بر این ، آنها می توانند “شکننده” باشند ، و مطالعه و دستکاری آنها را دشوار می کند. اما حدود یک دهه پیش ، دانشمندان نیمه هادی های دو بعدی را کشف کردند که در آن اکسیتون ها قوی تر هستند.

دکتر جولین مادئو ، دانشمند طیف سنجی Femtosecond OIST ، گفت: “اکسیتون های سالم به این مواد واقعاً ویژگی های منحصر به فرد و مهیجی می دهند ، بنابراین مطالعات فشرده بسیاری در سراسر جهان با هدف استفاده از آنها برای ایجاد دستگاه های الکترونیکی جدید انجام شده است.” . “اما در حال حاضر یک محدودیت عمده در مورد روش آزمایشی استاندارد که برای اندازه گیری اکسیتون استفاده می شود وجود دارد.”

اکسیتون های تاریک در کانون توجه قرار می گیرند

این ابزار از پالس اولیه پمپ نور برای تحریک الکترون ها و تولید اکسیتون استفاده می کند. به سرعت با پالس دوم نور همراه شد ، که از فوتونهای ماوراlet بنفش شدید برای بیرون انداختن الکترون ها در اکسیتون های مواد و در خلا mic میکروسکوپ الکترونی استفاده کرد. سپس میکروسکوپ الکترونی انرژی و زاویه ای را که الکترون از ماده می گذارد اندازه گیری می کند. اعتبار: OIST

محققان در حال حاضر از روشهای طیف سنجی نوری – اساساً اندازه گیری طول موجهای نور جذب شده ، منعکس یا ساطع شده توسط مواد نیمه هادی – برای آشکار کردن اطلاعات در مورد حالتهای انرژی اکسیتونها استفاده می کنند. اما طیف سنجی نوری تنها قسمت کوچکی از تصویر را به تصویر می کشد.

دانشمندان مدت هاست می دانند که فقط یک نوع اکسیتون ، به نام اکسیتون های روشن ، می تواند با نور برهم کنش داشته باشد. اما انواع دیگر اکسیتون ها وجود دارد ، از جمله اکسیتون های تاریک منع تکانه. در این نوع اکسیتون تاریک الکترون از حفره هایی که به آن متصل شده اند حرکت متفاوتی دارد که مانع جذب نور می شود. این همچنین به این معنی است که الکترونهای موجود در اکسیتونهای تاریک حرکت متفاوتی با الکترونهای موجود در اکسیتونهای روشن دارند.

دکتر مادئو گفت: “ما می دانیم که آنها وجود دارند ، اما نمی توانیم مستقیماً آنها را ببینیم ، نمی توانیم مستقیماً آنها را مطالعه کنیم و بنابراین نمی دانیم که چقدر مهم هستند یا چقدر روی خصوصیات اپتولکترونیک مواد تأثیر می گذارند.”

نور درخشان در اکسیتون های تاریک

دانشمندان برای تجسم اکسیتون های تاریک برای اولین بار ، تکنیکی قدرتمند را اصلاح کردند که قبلاً عمدتاً برای مطالعه الکترونهای منفرد غیر منفرد استفاده می شد.

پروفسور دانی گفت: “مشخص نبود که این تکنیک برای اکسیتون ها ، که ذرات تشکیل دهنده الکترون هستند ، کار می کند. بسیاری از کارهای نظری در جامعه علمی درباره بحث درباره اعتبار این رویکرد انجام شده است.”

اکسیتون های تاریک در کانون توجه قرار می گیرند

دکتر مایکل مان ، دانشمند ستادی در واحد طیف سنجی Femtosecond OIST ، نمونه ای از مواد نیمه هادی را در میکروسکوپ الکترونی بارگذاری کرد. اعتبار: OIST

روش آنها نشان می دهد که اگر از پرتوی نور حاوی فوتون با انرژی کافی بالا برای برخورد اکسیتون ها به مواد نیمه هادی استفاده شود ، انرژی حاصل از فوتون ها اکسیتون ها را شکسته و الکترون ها را مستقیماً از مواد خارج می کند.

با اندازه گیری جهتی که الکترون ها از ماده به بیرون پرواز می کنند ، دانشمندان می توانند حرکت اولیه الکترون ها را در زمانی که جزئی از اکسیتون ها هستند ، تعیین کنند. بنابراین ، دانشمندان نه تنها قادر به دیدن هستند ، بلکه اکسیتون های روشن را از اکسیتون های تاریک نیز تشخیص می دهند.

اما استفاده از این تکنیک جدید نیاز به حل چالشهای بزرگ فنی داشت. دانشمندان باید پالس های نوری با فوتون های ماوراlet بنفش شدید با انرژی بالا تولید کنند که قادر به جدا كردن اکسیتون ها و خارج كردن الکترون ها از مواد است. سپس این ابزار باید قادر به اندازه گیری انرژی و زاویه این الکترون ها باشد. علاوه بر این ، از آنجا که عمر اکسیتون ها بسیار کوتاه است ، این دستگاه مجبور بود در یک بازه زمانی کمتر از هزار میلیارد ثانیه کار کند. سرانجام ، این ابزار برای اندازه گیری نمونه های نیمه هادی 2-D ، که معمولاً فقط در اندازه های میکرون در دسترس هستند ، به وضوح مکانی کافی کافی نیاز دارد.

دکتر مایکل مان ، نویسنده همکار ، از واحد طیف سنجی Femtosecond OIST ، گفت: “وقتی همه مشکلات فنی را برطرف کردیم و ساز را روشن کردیم ، اکسیژن های ما بیشتر روی صفحه بود – واقعاً حیرت انگیز بود.”

محققان مشاهده کردند که هم اکسیتون های روشن و هم تاریک در مواد نیمه هادی وجود دارد. اما در کمال تعجب ، محققان همچنین دریافتند که اکسیتون های تاریک بر مواد مسلط هستند و از تعداد اکسیتون های روشن بیشتر است. بعلاوه ، این تیم اظهار داشت که تحت شرایط خاص ، از آنجا که الکترونهای برانگیخته در سطح مواد پراکنده می شوند و اینرسی را تغییر می دهند ، اکسیتون ها می توانند بین تاریک یا روشن تغییر مکان دهند.

دکتر مادئو گفت: “غلبه اکسیتون های تاریک و برهم کنش بین اکسیتون های تاریک و روشن نشان می دهد که اکسیتون های تاریک حتی بیش از حد انتظار بر روی این کلاس جدید از نیمه هادی ها تأثیر می گذارند.”

“این نتیجه گیری پروفسور دنی است.” این نه تنها اولین مشاهده اکسیتون های تاریک را فراهم می کند و خصوصیات آنها را روشن می کند ، بلکه دوره جدیدی را در مطالعه اکسیتون ها و سایر ذرات هیجان زده معرفی می کند. ”


اکسیتون های تاریک می توانند به میزان قابل توجهی در انتشار نور از نانولوله ها کمک کنند


اطلاعات بیشتر:
تجسم مستقیم اکسیتونهای تاریک که توسط نبض و پویایی آنها در نیمه هادیهای نازک اتمی ممنوع است. علوم پایه (2020) 109. علم ، دانش ، علم و دانش

تهیه شده توسط موسسه علم و فناوری اوکیناوا

نقل قول: محققان روش جدید انقلابی برای مشاهده مستقیم اکسیتون های تاریک را پیشگام می کنند (2020 ، 3 دسامبر) ، در تاریخ 3 دسامبر 2020 از https://phys.org/news/2020-12-revolutionary-method-dark بازیابی می شود -excitons.html

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هر معامله عادلانه ای به منظور معاینه خصوصی یا تحقیق ، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تولید نیست. این محتوا فقط برای اطلاع رسانی ارائه شده است.



[ad_2]

منبع: moshaverh-news.ir