Los triones consisten en tres partículas cargadas unidas entre sí por una energía de enlace muy débil. Aunque los triones pueden potencialmente transportar más información que los electrones en aplicaciones como la electrónica y la computación cuántica, los triones son típicamente inestables a temperatura ambiente, y los enlaces entre las partículas del trión son tandébiles que se desmoronan rápidamente. La mayoría de las investigaciones sobre triones requieren temperaturas sobreenfriadas, e incluso entonces, su naturaleza fugaz ha hecho que los triones sean difíciles de controlar y difíciles de estudiar.
Un equipo de investigadores liderado por la Universidad de Maryland ha descubierto un método para sintetizar y atrapar confiablemente triones que permanecen estables a temperatura ambiente. La investigación hace posible manipular triones y estudiar sus propiedades fundamentales. El trabajo se describe en un documento de investigaciónpublicado el 16 de octubre de 2019 en la revista Ciencia Central de ACS .
"Este trabajo hace que la síntesis de triones sea muy eficiente y proporciona un método para manipularlos de formas que no habíamos podido hacer antes", dijo YuHuang Wang, profesor de química y bioquímica en la UMD y autor principal del artículo ".Con la capacidad de estabilizar y atrapar triones, tenemos el potencial de construir un sistema muy limpio para estudiar los procesos que rigen los diodos emisores de luz y la energía fotovoltaica y para desarrollar tecnologías de información cuántica ".
En el nuevo estudio, Wang y sus colegas utilizaron una reacción química para crear defectos en la superficie de los nanotubos de carbono de pared simple. Los defectos causan depresiones en el paisaje energético de la superficie conductora del nanotubo. Estas depresiones se pueden considerarya que los pozos por los que pasan partículas cargadas podrían caer y quedar atrapados dentro.
Después de crear los defectos, los investigadores dirigieron los fotones a los nanotubos y observaron una luminiscencia brillante en los sitios de defectos. Cada destello de luminiscencia a una longitud de onda característica indicaba que un electrón y una partícula llamada excitón habían quedado atrapados en un sitio del defecto y unidos.en un trion.
Los excitones se crearon cuando los investigadores dirigieron los fotones a los nanotubos de carbono. Cuando un nanotubo de carbono absorbe un fotón, un electrón en el nanotubo se bombea desde el estado fundamental a un estado excitado, dejando un agujero que está cargado positivamente.El agujero y el electrón están estrechamente unidos, formando un par de electrones llamado excitón. Según los investigadores, cuando un excitón y un electrón caen en un pozo creado por el defecto químico, se unen en un trión que consta de dos electrones.y un agujero. A medida que el trión se descompone, libera un fotón, dando como resultado la brillante luminiscencia que observaron los investigadores.
"Es casi como llevar la física atómica a un laboratorio de química", dijo Wang, "porque el pozo resultante del defecto químico funciona como una especie de vaso de precipitados a escala atómica para un solo evento de 'unión'. Lo que es muy emocionante,es que el nivel de energía del trión lo dicta el pozo, y podemos usar reacciones químicas para manipular el pozo. Esto significa que potencialmente podemos controlar la energía y la estabilidad de los triones ".
Wang dijo que al alterar las propiedades del defecto químico creado en la superficie del nanotubo, es posible manipular con precisión la carga, el giro de electrones y otras propiedades de los triones que atrapan. Los triones atrapados que Wang y sus colaboradores observaronen este estudio fueron más de siete veces más brillantes que los triones más brillantes jamás reportados, y duraron más de 100 veces más que los triones libres.
Wang y su equipo tienen la intención de continuar desarrollando sus métodos para controlar con precisión la síntesis de triones en defectos creados intencionalmente en nanotubos de carbono y estudiar la fotofísica fundamental y las propiedades ópticas de los triones.
La capacidad de crear confiablemente triones estables con propiedades específicas tendrá amplias implicaciones para tecnologías tales como bioimagen, detección química, recolección de energía, computación de estado sólido y computación cuántica.
"Es interesante que un defecto no siempre sea negativo y, en nuestro caso, podría conducir a formas completamente nuevas de generar triones y realizar investigaciones fundamentales sobre estas cuasi partículas", dijo uno de los autores principales del estudio, Hyejin Kwon Ph.D. '16, química, quien ahora está haciendo su investigación postdoctoral en la Universidad de Colorado. Kwon co-dirigió el estudio con Mijin Kim Ph.D. '18, química, quien ahora es becaria postdoctoral en MemorialCentro de Cáncer Sloan Kettering.
Este trabajo fue apoyado en parte por la National Science Foundation Premios Nos. PHY-1839165, CHE-1507974 y CHE-1904488, el Consejo Europeo de Investigación Premio No. 336749, la Iniciativa del Grupo de Excelencia de Nanosistemas Deutsche Forschungsgemeinschaft de Munich, los Institutos Nacionales de Salud / Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales Premio No. R01GM114167, la Oficina del Centro de Ciencias Básicas de Energía del Departamento de Energía de los Estados Unidos para Nanotecnologías Integradas, y los Laboratorios Nacionales de Los Alamos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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