Excitons - elektriskt neutrala kvasipartiklar - har extraordinära egenskaper. De finns bara i halvledande och isolerande material och kan lätt nås i tvådimensionella (2D) material, bara några få atomer tjocka, såsom kol och molybdenit. När dessa 2D -material kombineras, de uppvisar kvantegenskaper som inget material besitter på egen hand.

En ny Tel Aviv University -studie utforskar generering och spridning av excitoner i 2D -material inom en oöverträffad liten tidsram och med en utomordentligt hög rumslig upplösning. Forskningen leds av prof. Haim Suchowski och Dr. Michael Mrejen från TAU:s Raymond &Beverly Sackler fakultet för exakta vetenskaper och publicerades i Vetenskapliga framsteg den 1 februari.

Kvantmekanik är en grundläggande teori i fysik som beskriver naturen på de minsta skalorna av energi. "Vår nya bildteknologi fångar rörelsen av excitoner inom en kort tidsram och i nanometer skala, "Dr Mrejen säger." Det här verktyget kan vara oerhört användbart för att kika in i materialets svar vid de första ögonblicken som ljuset har påverkat det. "

"Sådana material kan användas för att avsevärt sakta ner ljuset för att manipulera det eller till och med lagra det, som är mycket eftertraktade möjligheter för kommunikation och för fotonikbaserade kvantdatorer, "Professor Suchowski förklarar." Ur instrumentets förmåga synvinkel, denna tour de force öppnar upp nya möjligheter att visualisera och manipulera det ultrasnabba svaret från många andra materiella system i andra spektrumregimer, såsom det mellersta infraröda området där många molekyler befinner sig att vibrera. "

Forskarna utvecklade en unik spatiotemporal avbildningsteknik i femtosekund-nanometrisk skala och observerade exciton-polaritons dynamik i volframdiselenid, ett halvledarmaterial, vid rumstemperatur.

Exciton-polariton är en kvantdjur skapad av koppling av ljus och materia. På grund av det specifika material som studerats, utbredningshastigheten uppmätt var cirka 1% av ljusets hastighet. Vid denna tidsskala, ljus klarar bara att resa flera hundra nanometer.

"Vi visste att vi hade ett unikt karaktäriseringsverktyg och att dessa 2D-material var bra kandidater för att utforska intressant beteende vid den ultrasnabba ultraljudskorsningen, "Dr Mrejen säger." Jag skulle tillägga att materialet, volfram diselenid, är extremt intressant ur applikationssynpunkt. Det upprätthåller sådana ljusmaterialkopplade tillstånd i mycket begränsade dimensioner, ner till enkel atomtjocklek, vid rumstemperatur och i det synliga spektralområdet. "

Forskarna undersöker nu sätt att styra hastigheten på halvledarvågor genom, till exempel, kombinerar flera 2D -material i staplar.