Эти квазичастицы имеют большое значение в физике полупроводников
Команда физиков из Японии и США получили первые снимки электрона внутри квазичастицы экситона, использовав передовые технологии. Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Известно, что экситоны являются квазичастицами, представляющими собой связанное возбужденное состояние отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных отверстий в полупроводнике. Это состояние, мигрирующее по кристаллу, не связано с переносом массы или электрического заряда. Данные квазичастицы образуются в результате поглощение фотонов света полупроводником.
В прошлом ученым удавалось находить и измерять экситоны только косвенными методами. Это связано с хрупкостью квазичастиц — разделение экситона на свободные электроны и отверстия происходит при относительно небольшой энергии.
Авторы нового исследования применили свет крайней ультрафиолетовой части спектра, что позволило разбить экситоны на их составляющие. Полученные электроны выталкивались в вакуум электронного микроскопа. При помощи измерения угла вылета электронов из квазичастиц, ученые сумели определить орбиту вращения электронов и отверстий внутри экситона. Измерив волновую функцию, специалисты получили изображения облака вероятности экситона, показывающее пространственное распределение электрона относительно отверстия.
Экситоны — действительно уникальные и интересные частицы. Они электрически нейтральны. Это означает, что они ведут себя в материалах совершенно иначе, чем другие частицы, такие как электроны. Их присутствие может изменить реакцию материала на свет,Майкл Ман, сотрудник отдела фемтосекундной спектроскопии OIST, первый автор статьи.
Отметим, что экситон был обнаружен 90 лет назад. До недавнего времени ученым были доступны только оптические сигнатуры этих квазичастиц. Прочие аспекты из природы, например, орбита вращения электрона и отверстия, а также импульс, могли быть описаны только в теории.
