Ученые создали трионы при комнатной температуре

В новом исследовании ученые использовали химическую реакцию для создания дефектов на поверхности одностенных углеродных нанотрубок

0 1 046

Квазичастицы Трионы состоят из трех заряженных частиц, связанных друг с другом очень слабой энергией связи. Хотя трионы потенциально могут нести больше информации, чем электроны, в таких приложениях, как электроника и квантовые вычисления, трионы обычно нестабильны при комнатной температуре, а связи между частицами трионов настолько слабы, что очень быстро распадаются.

Большинство исследований трионов требует сверхнизких температур, и даже тогда их мимолетная природа делает трионы трудными для контроля и для изучения.

Теперь команда исследователей из Университета штата Мэриленд обнаружила метод, позволяющий надежно синтезировать и удерживать трионы, которые остаются стабильными при комнатной температуре. Исследование позволяет манипулировать трионами и изучать их фундаментальные свойства. Работа описана в исследовательской работе, опубликованной в журнале ACS Central Science.

«Наша работа делает синтез трионов очень эффективным и предоставляет метод для манипулирования ими так, как мы не могли раньше», — сказал Ю Хуан Ван, профессор химии и биохимии в UMD и старший автор статьи. «Благодаря способности стабилизировать и улавливать трионы у нас есть потенциал для создания очень чистой системы для изучения процессов, регулирующих светоизлучающие диоды и фотогальванику, и для развития квантовых информационных технологий».

В новом исследовании ученые использовали химическую реакцию для создания дефектов на поверхности одностенных углеродных нанотрубок. Дефекты вызывают углубления в энергетическом ландшафте проводящей поверхности нанотрубки. Эти депрессии можно рассматривать как колодцы, в которые проходящие заряженные частицы могут упасть и попасть внутрь.

Смотрите также  Многообещающее открытие может привести к созданию лучшего солнечного элемента

После создания дефектов исследователи направили на нанотрубки и наблюдали яркое свечение в местах дефектов. Каждая вспышка свечения на характерной длине указывала на то, что электрон и частица, называемая экситоном, оказались захваченными в месте дефекта и связанными вместе в трион.

На этом снимке фотолюминесцентной спектроскопии захваченные трионы и экситоны можно увидеть как ярко-красные пятна на темно-синем фоне излучения нанотрубки. © Hyejin Kwon

Экситоны были созданы, когда исследователи направляли на углеродные нанотрубки. Когда углеродная нанотрубка поглощает фотон, электрон в нанотрубке переходит из основного состояния в возбужденное состояние, оставляя позади дырку, которая заряжена положительно. Дырка и электрон тесно связаны друг с другом, образуя электронно-дырочную пару, называемую экситоном.

По словам исследователей, когда один экситон и один электрон попадают в яму, созданную химическим дефектом, они связываются вместе в трион, состоящий из двух электронов и одной дырки. Когда трион распадается, он испускает фотон, что приводит к яркому свечению, которое наблюдали исследователи.

Изменяя свойства химического дефекта, созданного на поверхности нанотрубки, может стать возможным точно управлять зарядом, спином электрона и другими свойствами трионов, которые они захватывают. Уловленные в ловушке трионы были более чем в семь раз ярче, чем самые яркие трионы, когда-либо наблюдавшиеся, и жили в 100 раз дольше, чем свободные трионы.

Ученые намерены продолжить разработку методов точного управления синтезом трионов при намеренно созданных дефектах на углеродных нанотрубках и изучения фундаментальной фотофизики и оптических свойств трионов.

Способность надежно создавать стабильные трионы с определенными свойствами будет иметь широкие последствия для таких технологий, как биоинженерия, химическое зондирование, сбор энергии, твердотельные накопители и квантовые вычисления.

Смотрите также  Новое объяснение нестабильности в плазме может помочь создать термоядерный синтез

 

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x