Физики открыли экзотические спиральные электроны

Физики обнаружили экзотическую форму электронов, которые вращаются подобно планетам и могут привести к новым прорывам в освещении, солнечных элементах, лазерах и электронных дисплеях.

Она называется «киральный поверхностный экситон» и состоит из частиц и античастиц, связанных вместе и вращающихся вокруг друг друга на поверхности твердых тел, согласно исследованию, опубликованному в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Кираль относится к сущностям, таким как правая и левая руки, которые совпадают, но являются асимметричными и не могут быть наложены на их зеркальное отображение.

Экситоны образуются, когда интенсивный свет падает на твердые частицы, выбивая отрицательно заряженные электроны из их пятен и оставляя после себя положительно заряженные «дыры», по словам ведущего автора Сян-Си (Шон) Кунга, в университете Рутгерс-Нью-Брансуик.

Электроны и дыры напоминают быстро вращающиеся противоположные вершины. Они аннигилируют друг друга менее чем за триллионную долю секунды, испуская своего рода свет, называемый «фотолюминесценцией». Этот вывод имеет применение для таких устройств, как солнечные элементы, лазеры, телевизоры и дисплеи.

Ученые обнаружили хиральные экситоны на поверхности кристалла, известного как селенид висмута, который можно массово производить и использовать в покрытиях и других материалах в электронике при комнатной температуре.

«Селенид висмута — это удивительное соединение, которое принадлежит к семейству квантовых материалов, называемых «топологическими изоляторами», — сказал старший автор исследования Гирш Блумберг, профессор кафедры физики и астрономии. «У них есть несколько каналов на поверхности, которые очень эффективно проводят электричество».

Динамика хиральных экситонов еще не очень ясна, и ученые хотят использовать сверхбыструю визуализацию для дальнейшего их изучения. Экситоны хиральной поверхности могут быть найдены и на других материалах.