Ученые обнаружили экзотические «спиральные» электроны

Ученые-физики из университета Ратгерса обнаружили неизвестную ранее экзотическую форму электронов, траектория вращения которых в течение короткого времени напоминает спираль. В это время такой электрон обладает некоторыми уникальными свойствами, которые можно будет использовать в новых технологиях освещения, солнечных батареях, лазерах и устройствах отображения информации. Экзотические электроны входят в состав так называемого хирального поверхностного экситона, которые формируются на поверхности некоторых твердых материалов и представляют собой квазичастицу, состоящую из связанных друг с другом частицы и античастицы.

© Hsiang-Hsi (Sean) Kung/Rutgers University-New Brunswick

Термин хиральный в названии этого экситона означает, что он является зеркальным отражением обычного экситона, возникающего, когда свет ударяет по поверхности определенного материала. Фотоны этого света вышибают отрицательно заряженные электроны с их законного места, что приводит к появлению так называемых электронных дырок, являющихся носителями положительного электрического заряда.

При некоторых условиях выбитые светом электроны начинают вращаться вокруг дырок, двигаясь по спирали, и через триллионные доли секунды электрон поглощается дыркой, экситон «аннигилирует», что приводит к излучению вторичного света. Это явление известно под названием фотолюминесценции и достаточно давно используется людьми в различных технологиях.

Ученые обнаружили, что на поверхности кристаллов селенида висмута очень часто возникают необычные хиральные экситоны. Эффекты и силы, заставляющие электроны вращаться в противоположном направлении, еще неизвестны ученым, так же, как и малоизученны свойства этих экситонов. Вполне вероятно, что причиной всему этому является то, что селенид висмута относится к классу квантовых материалов, называемых топологическими изоляторами, и на поверхности кристаллов которых всегда существуют несколько каналов с высокой удельной электрической проводимостью.

«Селенид висмута — это захватывающий материал с точки зрения его некоторых уникальных свойств, которые проявляются уже при комнатной температуре» — пишут исследователи, — «Более того, этот материал легко производится и его можно использовать в промышленном производстве множества вещей — от покрытий разного рода до электроники следующего поколения».

В своих дальнейших исследованиях ученые планируют использовать технологии сверхскоростной съемки, что позволит им установить причины, изучить тонкости процесса формирования хиральных экситонов и их свойства. Параллельно с этим будут проверены некоторые другие материалы, на поверхности которых, согласно расчетам, эти экситоны также могут формироваться в больших количествах.

Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences 
Источник: dailytechinfo.org