När ljus med specifik frekvens träffar en halvledarkristall, det absorberas och producerar excitation, ett tillstånd av högre energi. I solceller, denna energi omvandlas till elektricitet. I tvådimensionella kristaller, som endast består av några atomlager, så kallade "excitoner" är huvudpersonerna i dessa processer. Dessa excitationer består av en partikel med positiv laddning och en med negativ laddning. Än, tvådimensionella kristaller är värd för en mångfald excitoner, vilket gör det svårt att urskilja olika typer av excitoner i specifika situationer. Forskare vid TU Dresden, i samarbete med ett internationellt team, har nu identifierat naturen hos interlagerexcitoner i tvådimensionella kristaller. Deras resultat publicerades i tidskriften Naturfysik .

De tvådimensionella kristallerna är ett slags "smörgås" som består av enstaka lager av molybden-disulfid och volfram-diselenid. Varje lager har en tjocklek på endast tre atomer. I laboratoriet, lagren staplas ett efter ett. "Det som gör interlagerexcitoner så speciella är att de två laddade partiklarna separeras i rymden. Man antog att den positiva finns i volframdiseleniden och den negativa i molybdendisulfiden, " säger Dr. Jens Kunstmann från ordföranden för teoretisk kemi vid TU Dresden. "Vi kunde nu visa att partiklar med positiv laddning kan hittas i båda skikten, och därifrån, mellanskiktsexcitonerna är bundna till varandra på ett mycket starkare sätt än vad som tidigare antagits."

Teoretiska såväl som experimentella grupper samarbetade under detta globala samarbete. Dresdengruppen bidrog med teoretiska beräkningar och analyser i samarbete med Prof. Andrey Chaves vid Universidade Federal do Ceará i Fortaleza, Brasilien, och Prof. David R. Reichman vid Columbia University i New York. Experimenten utfördes av gruppen av professor Tobias Korn vid Universität Regensburg. Bland dem var Fabian Mooshammer och Philipp Nagler, som bidragit till denna forskning under sina master- och doktorsavhandlingar.

"Vi är fortfarande i början, vi vet fortfarande inte säkert hur interlagerexcitoner i andra tvådimensionella kristaller ser ut, " Dr. Kunstmann säger. "Men vi är fascinerade av dessa excitoner ändå. Den rumsliga separationen av laddningarna kan möjliggöra kondensering av excitoner till ett makroskopiskt kvanttillstånd, samt konstruktion av högeffektiva solceller."