A abad sawise ditemokaké, manungsa wis dijupuk gambar orbital elektron saka excitons kanggo pisanan.

Peneliti ing Institut Sains lan Teknologi Okinawa (OIST) ngukur distribusi momentum fotoelektron sing dipancarake dening excitons ing lapisan siji tungsten diselenide, lan njupuk gambar sing nuduhake orbit internal utawa distribusi spasial partikel ing excitonsâ € ”iki iki. goal sing ilmuwan wis ora bisa kanggo entuk wiwit exciton ditemokaké saklawasé abad kepungkur.

Excitons minangka kahanan bungah saka materi sing ditemokake ing semikonduktor-jinis materi iki minangka kunci kanggo akeh piranti teknologi modern, kayata sel surya, LED, laser, lan smartphone.

"Excitons minangka partikel sing unik banget lan menarik; padha netral kanthi listrik, sing tegese tumindak ing materi beda banget karo partikel liyane kayata elektron. Anane bisa ngganti cara bahan nanggepi cahya, "ujare umum Dr Michael Man, penulis lan ilmuwan pisanan ing Femtosecond Spectroscopy Group of OIST. "Karya iki ndadekake kita luwih ngerti babagan sifat excitons."

Excitons kawangun nalika semikonduktor nyerep foton, kang njalari elektron muatan negatif kanggo mlumpat saka tingkat energi kurang kanggo tingkat energi dhuwur. Iki ninggalake lowongan sing diisi kanthi positif ing tingkat energi sing luwih murah, sing diarani bolongan. Elektron-elektron lan bolongan-bolongan sing muatane berlawanan saling tarik-menarik, lan padha wiwit ngorbit saben liyane, sing nggawe excitons.

Excitons penting ing semikonduktor, nanging nganti saiki, para ilmuwan mung bisa ndeteksi lan ngukur kanthi cara sing winates. Siji masalah dumunung ing fragility - iku mbutuhake relatif sethitik energi kanggo break mudhun excitons menyang elektron bebas lan bolongan. Kajaba iku, lagi fleeting ing alam-ing sawetara bahan, excitons bakal dipatèni ing sawetara ewu wektu sawise padha kawangun, ing wektu elektron bungah bakal "tiba" bali menyang bolongan.

"Para ilmuwan pisanan nemokake excitons udakara 90 taun kepungkur," ujare Profesor Keshav Dani, penulis senior lan kepala klompok spektroskopi femtosecond OIST. "Nanging nganti saiki, wong biasane mung entuk karakteristik optik saka excitons--contone, cahya sing dipancarake nalika excitons ilang. Aspek liyane saka sifat-sifat kasebut, kayata momentum, lan cara elektron lan bolongan bisa bebarengan, mung bisa dadi. asale saka Describe theoretically."

Nanging, ing Desember 2020, para ilmuwan saka OIST Femtosecond Spectroscopy Group nerbitake makalah ing jurnal Science sing nggambarake teknik revolusioner kanggo ngukur momentum elektron ing excitons. Saiki, ing edisi 21 April "Science Advances", tim kasebut nggunakake teknologi iki kanggo njupuk gambar pisanan sing nuduhake distribusi elektron ing saubengé bolongan ing excitons.

Para peneliti pisanan ngasilake excitons kanthi ngirim pulsa laser menyang semikonduktor rong dimensi-jinis materi sing ditemokake bubar mung sawetara atom sing kandel lan ngemot exciton sing luwih kuat. Sawise excitons kawangun, tim riset nggunakake sinar laser karo foton energi Ultra-dhuwur kanggo decompose excitons lan kick elektron langsung metu saka materi menyang ruang vakum ing mikroskop elektron. Mikroskop elektron ngukur sudut lan energi elektron nalika mabur metu saka materi. Saka informasi kasebut, para ilmuwan bisa nemtokake momentum awal nalika elektron gabung karo bolongan ing excitons.

"Teknologi iki nduweni sawetara podho karo eksperimen collider ing fisika energi dhuwur. Ing collider, partikel-partikel kasebut dipecah bebarengan dening energi sing kuwat, pecah. Kanthi ngukur partikel internal sing luwih cilik sing diprodhuksi ing Lintasan tabrakan, para ilmuwan bisa miwiti ngethok. bebarengan karo struktur internal partikel lengkap asli, "ujare Profesor Dani. "Ing kene, kita nindakake perkara sing padha - kita nggunakake foton sinar ultraviolet sing ekstrem kanggo ngilangi excitons, lan ngukur lintasan elektron kanggo njlèntrèhaké apa sing ana ing njero."

"Iki dudu prestasi sing gampang," ujare Profesor Dani. "Pangukuran kasebut kudu ditindakake kanthi ati-ati-ing suhu sing kurang lan intensitas sing sithik supaya ora dadi panas ing excitons. Butuh sawetara dina kanggo entuk gambar. Ing pungkasan, tim kasil ngukur fungsi gelombang excitons, lan menehi The kemungkinan sing elektron bisa dumunung watara bolongan.

"Karya iki minangka kemajuan penting ing lapangan iki," ujare Dr Julien Madeo, penulis pisanan sinau lan ilmuwan ing Femtosecond Spectroscopy Group of OIST. "Kemampuan kanggo ndeleng orbit internal partikel kanthi visual, amarga mbentuk partikel komposit sing luwih gedhe, sing ngidini kita ngerti, ngukur lan pungkasane ngontrol partikel komposit kanthi cara sing durung ana sadurunge. Iki ngidini kita nggawe sing anyar adhedhasar konsep kasebut. Kuantum kahanan materi lan teknologi."