Ett team av forskare ledd av Sufei Shi, en biträdande professor i kemisk och biologisk teknik vid Rensselaer Polytechnic Institute, har avslöjat ny information om massan av enskilda komponenter som utgör en lovande kvasipartikel, känd som en exciton, som kan spela en avgörande roll i framtida tillämpningar för kvantberäkning, förbättrad minneslagring, och effektivare energiomvandling.

Publicerad idag i Naturkommunikation , teamets arbete tar forskarna ett steg närmare utvecklingen av halvledarenheter genom att fördjupa deras förståelse för en atomärt tunn klass av material som kallas transitional metal dichalcogenides (TMDCs), som har uppmärksammats för sina elektroniska och optiska egenskaper. Forskare har fortfarande mycket att lära sig om exciton innan TMDC:er framgångsrikt kan användas i tekniska enheter.

Shi och hans team har blivit ledare i den strävan, utveckla och studera TMDC, och exciton i synnerhet. Excitoner genereras vanligtvis av energi från ljus och bildas när en negativt laddad elektron binder till en positivt laddad hålpartikel.

Rensselaer-teamet fann att inom detta atomärt tunna halvledarmaterial, interaktionen mellan elektroner och hål kan vara så stark att de två partiklarna i en exciton kan binda till en tredje elektron eller hålpartikel för att bilda en trion.

I denna nya studie, Shis team kunde manipulera TMDC-materialet så att det kristallina gallret inuti skulle vibrera, skapa en annan typ av kvasipartikel känd som en fonon, som kommer att interagera starkt med en trion. Forskarna placerade sedan materialet inom ett högt magnetfält, analyserade ljuset som emitterats från TMDC från fononinteraktionen, och kunde bestämma den effektiva massan av elektronen och hålet individuellt.

Forskare antog tidigare att det skulle finnas symmetri i massa, men, Shi sa, Rensselaer-teamet fann att dessa mätningar var signifikant olika.

"Vi har utvecklat mycket kunskap om TMDCs nu, ", sa Shi. "Men för att designa en elektronisk eller optoelektronisk enhet, det är viktigt att känna till den effektiva massan av elektroner och hål. Det här arbetet är ett solidt steg mot det målet."