Экситоны в полупроводниках удивили ученых своими свойствами
Ученые из МФТИ, Института теоретической физики имени Ландау и Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе провели теоретическое исследование диффузии экситонов. Они рассмотрели это физическое явление в муаровых сверхрешетках переходных металлов.
Работа опубликована в журнале Physical Review B и была частично поддержана проектом РНФ. С момента открытия экситонов в полупроводниках, ученые стремились понять их свойства и поведение в различных условиях. Гетероструктуры, состоящие из ван-дер-ваальсовых материалов, привлекли внимание благодаря своим уникальным физическим свойствам, обусловленным отсутствием прочной химической связи между слоями. Это позволяет проявляться новым эффектам, таким как муаровые узоры и хиральность. Однако, несмотря на обширные исследования таких структур, транспортные свойства экситонов в них оставались недостаточно изученными.
До недавнего времени считалось, что экситоны в муаровых сверхрешетках (периодических структурах, возникающих при наложении двух слоев материала с небольшим углом поворота) локализованы в потенциальных ямах, возникающих за счет эффекта муара, и не могут эффективно перемещаться между ними. Это ограничивало их потенциальное использование в устройствах.
В новом исследовании ученые продемонстрировали, что экситоны могут делокализоваться и эффективно распространяться в муаровых сверхрешетках на основе монослоев дихалькогенидов переходных металлов благодаря их взаимодействию с электромагнитным полем. Это открытие дает широкие перспективы для исследования фундаментальных транспортных и оптических эффектов на экситонах в системах с муаром и потенциально может привести к созданию новых типов оптоэлектронных устройств и материалов с уникальными свойствами.
Ключ к пониманию процесса — в диполь-дипольном взаимодействии между экситонами. Когда экситон, локализованный на одном узле решетки муара, излучает электромагнитное поле, это поле может свободно распространяться и возбуждать экситон на другом узле. Этот процесс напоминает механизм Ферстера, известный в физике флуоресценции.
Исследователи разработали микроскопическую модель эффекта. Они провели расчеты энергетического спектра и собственных мод системы, а затем изучили диффузию экситонов в полуклассическом и прыжковом режимах. Модель показывает, что даже при наличии значительных потенциальных барьеров (до 100 мэВ) и при отсутствии квантово-механического туннелирования, экситоны могут эффективно распространяться благодаря их взаимодействию с электромагнитным полем.
Было обнаружено, что связь экситонов с электромагнитным полем приводит к образованию экситонной ветви с линейной дисперсией, что является значительным отклонением от традиционных представлений о локализованных экситонах. Температурная зависимость коэффициента диффузии экситонов описывается степенным законом, что указывает на новые механизмы переноса, которые ранее не рассматривались.
Александр Шенцев, студент пятого курса МФТИ, рассказал о своей работе: «Мы рассмотрели влияние индуцированного электромагнитного поля на экситоны, а также провели вычисления, учитывающие полуклассическую диффузию экситонов с учетом рассеяния экситонов на фононах и статических дефектах. Результаты нашего исследования показали, что экситоны в муаровых сверхрешетках демонстрируют линейную по волновому вектору дисперсию энергии, даже без квантово-механического туннелирования. Это явление объясняется процессами виртуальной генерации-рекомбинации экситонов в местах локализации. Кроме того, зависимость коэффициента диффузии экситонов от температуры оказывается степенной даже в “прыжковом” режиме.В совокупности это создает теоретический и практический интерес в изучении транспорта данных квазичастиц в структурах с муаром».
Изучение экситонов и их взаимодействий в муаровых сверхрешетках имеет важные приложения в области квантовых технологий и оптоэлектроники. Понимание механизмов, управляющих поведением экситонов, и использование их повышенной подвижности имеет большое значение для разработки высокоэффективных оптоэлектронных устройств, солнечных элементов и квантовых компьютеров. Применение муаровых эффектов в таких системах может привести к созданию новых материалов с уникальными свойствами, дает новые возможности в управлении потоками энергии на нанометровом уровне, позволяя создать новые типы лазеров и фотонных устройств.
Telegram 
Дзен 
VK Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
Поставщик элементов окололунной станции попытался сдать клиентам изделия, подвергшиеся коррозии еще до начала его монтажа. Об этом заявил новый глава NASA Джаред Айзекман. Защищая свою позицию, поставщик сообщил, что ранее он поставлял модули с коррозией для МКС, но они все равно до сих пор работают. NASA использует скандал для отказа от алогичного проекта Lunar Gateway, обитаемой космической станции на окололунной орбите.
Ученые, похоже, приблизились к разгадке происхождения пшеницы мягкой — той самой, из которой делают большую часть хлеба и другие мучные изделия. Согласно авторам нового исследования, она, предположительно, появилась 8000 лет назад на территории современной Грузии и Армении.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно