В современной физике полупроводников особое внимание уделяется экситонам – квазичастицам, возникающим при возбуждении электрона в более высокое энергетическое состояние. Эти частицы, состоящие из электрона и положительно заряженной «дырки», играют ключевую роль в работе солнечных батарей и телевизоров, перенося энергию без переноса заряда.
Исследовательская группа под руководством физика Ивана Биаджио, занимающего должность председателя физики имени Джозефа А. Вальдшмитта, совершила прорыв в понимании поведения экситонов в органических полупроводниках. Результаты их работы, опубликованные в журнале Physical Review Letters, раскрывают уникальные свойства этих частиц в органических материалах.
В лаборатории используются передовые методы исследования с применением лазерных импульсов для возбуждения экситонов в органических молекулярных кристаллах. Особое внимание уделяется процессу синглетного деления, при котором один синглетный экситон (спин 0) разделяется на два триплетных экситона (каждый со спином 1), сохраняющих квантовую запутанность.
Для проведения экспериментов команда выращивает кристаллы рубрена – органического полупроводника с высокой подвижностью носителей заряда. Используя специальные методы возбуждения и детектирования, исследователи анализируют, как экситоны поглощают свет различных длин волн и как два триплетных экситона могут излучать фотон при рекомбинации.
Важным открытием стало обнаружение того, что квантово-запутанные пары триплетных экситонов могут сохранять свое состояние при движении через кристалл. Исследователи зафиксировали высокочастотные колебания, вызванные квантовой запутанностью, известные как «квантовые биения». По словам Биаджио, процесс рождения экситонов из начального фотовозбужденного состояния занимает около 10 пикосекунд.
Новые данные показывают интересную особенность: хотя «часы» каждой пары триплетных экситонов работают на одинаковой частоте, со временем они могут выходить из синхронизации. Это открытие имеет важное значение для понимания фундаментальных процессов в органических полупроводниках.
Результаты исследования открывают новые перспективы для развития полупроводниковых технологий и квантовой информатики. Понимание поведения экситонов может привести к существенному улучшению эффективности солнечных элементов и созданию новых квантовых вычислительных систем на основе органических материалов.
Изображение носит иллюстративный характер
Исследовательская группа под руководством физика Ивана Биаджио, занимающего должность председателя физики имени Джозефа А. Вальдшмитта, совершила прорыв в понимании поведения экситонов в органических полупроводниках. Результаты их работы, опубликованные в журнале Physical Review Letters, раскрывают уникальные свойства этих частиц в органических материалах.
В лаборатории используются передовые методы исследования с применением лазерных импульсов для возбуждения экситонов в органических молекулярных кристаллах. Особое внимание уделяется процессу синглетного деления, при котором один синглетный экситон (спин 0) разделяется на два триплетных экситона (каждый со спином 1), сохраняющих квантовую запутанность.
Для проведения экспериментов команда выращивает кристаллы рубрена – органического полупроводника с высокой подвижностью носителей заряда. Используя специальные методы возбуждения и детектирования, исследователи анализируют, как экситоны поглощают свет различных длин волн и как два триплетных экситона могут излучать фотон при рекомбинации.
Важным открытием стало обнаружение того, что квантово-запутанные пары триплетных экситонов могут сохранять свое состояние при движении через кристалл. Исследователи зафиксировали высокочастотные колебания, вызванные квантовой запутанностью, известные как «квантовые биения». По словам Биаджио, процесс рождения экситонов из начального фотовозбужденного состояния занимает около 10 пикосекунд.
Новые данные показывают интересную особенность: хотя «часы» каждой пары триплетных экситонов работают на одинаковой частоте, со временем они могут выходить из синхронизации. Это открытие имеет важное значение для понимания фундаментальных процессов в органических полупроводниках.
Результаты исследования открывают новые перспективы для развития полупроводниковых технологий и квантовой информатики. Понимание поведения экситонов может привести к существенному улучшению эффективности солнечных элементов и созданию новых квантовых вычислительных систем на основе органических материалов.
