Un movimiento altamente inusual de partículas emisoras de luz en semiconductores atómicamente delgados fue confirmado experimentalmente por científicos del Clúster de Excelencia de Würzburg-Dresden ct.qmat - Complejidad y topología en materia cuántica . Las cuasipartículas electrónicas, conocidas como excitones, parecían moverse en direcciones opuestas al mismo tiempo. El profesor Alexey Chernikov, físico recién nombrado en la Technische Universität Dresden, y su equipo pudieron revelar las consecuencias de este fenómeno cuántico al monitorear la luz.emisión de excitones móviles utilizando microscopía ultrarrápida a temperaturas extremadamente bajas. Estos hallazgos mueven el tema del transporte cuántico de estados excitónicos de muchos cuerpos al foco de la investigación moderna.
Los resultados de este trabajo han sido publicados en la revista Cartas de revisión física .
Emisores de luz en materia atómicamente delgada
Los materiales cuánticos estudiados por Alexey Chernikov y su equipo tienen solo unos pocos átomos de espesor. Debido a interacciones extremadamente fuertes en estos sistemas, los electrones se unen para formar nuevos estados conocidos como excitones. Los excitones se comportan como partículas independientes y son capaces de absorber y emitirluz con alta eficiencia. En capas atómicamente delgadas, son estables desde las temperaturas más bajas, como menos 268 grados Celsius, hasta la temperatura ambiente.
Respecto al proyecto de investigación actual que se centra en el movimiento de excitones en materia ultradelgada, el físico Chernikov explica: "Los excitones pueden entenderse como una especie de fuentes de luz en movimiento. Al igual que otros objetos de la mecánica cuántica, combinan ondas y partículaspropiedades, propagándose a través de cristales atómicamente delgados. Significa que pueden almacenar y transportar energía e información, pero también convertirlos nuevamente en luz. Eso los hace particularmente interesantes para nosotros. "
Tras la pista de cuasipartículas "locas"
El movimiento rápido de excitones en semiconductores atómicamente delgados se visualizó mediante microscopía óptica de alta sensibilidad: "Primero aplicamos un pulso de láser corto al material que generó los excitones. Luego usamos un detector ultrarrápido para observar cuándo y dónde se reemitía la luzSin embargo, cuando repetimos estos experimentos a temperaturas muy bajas, el movimiento de las cuasipartículas parecía bastante asombroso ", dice Chernikov.
moviéndose en dos direcciones al mismo tiempo
Hasta ahora, la comunidad científica conocía ampliamente dos tipos generales de movimiento de excitones: o los excitones "saltan" de una molécula a otra proceso conocido como saltando - o se mueven bastante "clásicamente" como bolas de billar que cambian de dirección después de eventos de dispersión aleatoria."En los semiconductores ultradelgados, sin embargo, los excitones se comportaron de una manera que nunca antes habíamos visto. Al final, la única explicación posible era que los excitones ocasionalmente se movían a través de bucles cerrados en direcciones opuestas al mismo tiempo. Talel comportamiento se conocía de hecho a partir de electrones individuales. Sin embargo, observar esto experimentalmente para excitones luminiscentes era bastante inusual ", señala Chernikov.
Después de que todos los experimentos de control confirmaron el resultado, los científicos buscaron la causa de su observación inusual. Un trabajo teórico recientemente publicado por el investigador ruso Mikhail M. Glazov del Instituto Ioffe en San Petersburgo proporcionó la información clave: Glazov describe cómo los excitonesen semiconductores atómicamente delgados pueden moverse a través de trayectorias cerradas en forma de anillo y entrar en estados superpuestos. Esto significa que los excitones parecen moverse esencialmente en sentido horario y antihorario al mismo tiempo. Este efecto es un fenómeno puramente mecánico cuántico, que noocurren para las partículas clásicas. Junto con el equipo de Ermin Malic de la Universidad Philipps de Marburg, quien proporcionó información adicional sobre la dinámica de los excitones, los científicos finalmente pudieron rastrear este comportamiento inusual.
Outlook
En una colaboración con colegas internacionales, el equipo de Alexey Chernikov ha mostrado una forma de monitorear experimentalmente los efectos de la mecánica cuántica en el movimiento de los complejos de muchas partículas que interactúan. Sin embargo, la investigación sobre el transporte cuántico de cuasipartículas excitónicas aún está en sus inicios.En el futuro, materiales como las capas ultrafinas examinadas por Chernikov también podrían servir como base para nuevos tipos de fuentes láser, sensores de luz, células solares o incluso bloques de construcción para computadoras cuánticas.
colaboración internacional
Además del grupo de "Microscopía ultrarrápida y fotónica" del profesor Alexey Chernikov en TU Dresden, equipos de investigación de la Universidad Philipps de Marburg y la Universidad Tecnológica de Chalmers / Suecia, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley / EE. UU., Instituto Nacional de MaterialesScience / Japón y el Instituto Ioffe / Rusia participaron en esta investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Technische Universität Dresden . Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
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