Новая технология фиксирует движение квантовых частиц на беспрецедентном разрешении

Экситоны — электрически нейтральные квазичастицы — обладают экстраординарными свойствами. Они существуют только в полупроводящих и изолирующих материалах, их легко получить в двумерных материалах толщиной всего в несколько атомов — вроде углерода и молибденита. При совмещении этих двумерных материалов они проявляют квантовые свойства, которыми ни один из них не обладает по отдельности.

Новое исследование, проведенное Тель-Авивским университетом, исследует генерацию и распространение экситонов в двумерных материалах в течение беспрецедентно короткого временного промежутка при чрезвычайно высоком пространственном разрешении. Исследование, проведенное под руководством профессора Хаима Суховского и доктора Майла Мрежена, опубликовано в журнале Science Advances.

«Новая технология визуализации фиксирует движение экситонов за короткий промежуток времени и в нанометровом масштабе, — говорит Мрежен. — Этот инструмент может быть полезным в изучении реакции материала в первые моменты воздействия на него светом».

«Такие материалы можно использовать для значительного замедления света, чтобы манипулировать им или даже хранить его, — это свойства, пользующиеся высоким спросом в коммуникациях и для квантовых компьютеров на основе фотоники, — объясняет профессор Суховский. — С точки зрения возможностей инструмента это «проявление силы» открывает новые пути для визуализации и манипуляций ультрабыстрой реакцией многих материальных систем в других режимах спектра, таких как средний инфракрасный диапазон, в котором обнаруживается колебание многих молекул».

Ученые разработали уникальную пространственно-временную технику на фемтосекундно-нанометрическом масштабе и наблюдали экситон-поляритонную динамику в диселениде вольфрама — полупроводниковом материале — при комнатной температуре.

Экситонный поляритон — квантовое «создание», полученное при совмещении света и вещества. В изученном материале скорость распространения составила около процента от скорости света. В этом временном масштабе свету удается пройти всего несколько сотен нанометров.

«Мы знали, что у нас на руках уникальный инструмент характеризации, а эти двумерные материалы были хорошими кандидатами для исследования интересного поведения на ультрабыстрых и ультрамалых пересечениях, — рассказывает Мрежен. — Мне следует добавить, что материал — диселенид вольфрама — крайне интересен с точки зрения применения. Он поддерживает такие совмещенные состояния света и материи в очень ограниченных измерениях — до толщины в один атом — при комнатной температуре и в видимом диапазоне спектра».