Впервые обнаружен экситон Махана

При изучении популярных свинцовых галогеноперовскитов группа исследователей из Швейцарии и Германии обнаружила отпечатки давно искомой частицы, известной как экситон Махана. Статья об открытии опубликована в журнале Nature Communications.

Оптические свойства полупроводников определяются экситонами — квазичастицами, которые представляют собой связанные пары отрицательных электронов и положительных дырок. Экситоны важны потому, что они участвуют в переносе энергии через материалы и таким образом играют решающую роль в разработке оптоэлектронных устройств.

Управлять экситонными свойствами полупроводников можно путем настройки таких параметров, как температура, давление , плотность заряда, электрические и магнитные поля. Это может быть полезно для ряда перспективных устройств. В частности, когда плотность носителей заряда — электронов и дырок — увеличивается, экситоны имеют тенденцию «сплавляться», и полупроводник в конечном итоге превращается в металл при достижении значения плотности Мотта.

Однако еще в 1967 году американский физик Джеральд Махан предсказал, что должен существовать и другой тип экситонов, которые стабильны выше плотности Мотта. Несмотря на многолетние исследования, махановский экситон до сих пор не наблюдался в лаборатории, не говоря уже о эксплуатации приборов в нормальных условиях.

Это впервые удалось сделать команде физиков из Федеральной политехнической школы Лозанны и Бременского университета. Они обнаружили следы махановских экситонов в очень популярном органо-неорганическом перовските с бромистым свинцом. Авторы работы проанализировали, как изменяются оптические свойства материала при увеличении плотности носителей заряда с временным разрешением в десятки фемтосекунд. Выяснилось, что оптические свойства меняются в точности так, как предсказывает теоретическая модель махановского экситона.

Интересно то, что исследуемый учеными материал дешев, широко распространен и используется в таких областях, как фотовольтаика, люминесцентные материалы и лазеры, в которых требуются высокие плотности носителей заряда. Тем не менее обнаружить его до сих пор не удавалось.

Источник: https://indicator.ru/physics/vpervye-obnaruzhen-eksiton-makhana-13-02-2020.htm.