Gli eccitoni, quasiparticelle elettricamente neutre, hanno proprietà straordinarie. Esistono solo nei materiali semiconduttori e isolanti e sono facilmente accessibili nei materiali bidimensionali (2D) dello spessore di pochi atomi, come carbonio e molibdenite. Quando questi materiali 2D sono combinati, mostrano proprietà quantistiche che nessun materiale possiede da solo.

Un nuovo studio dell'Università di Tel Aviv esplora la generazione e la propagazione di eccitoni in materiali 2D in un lasso di tempo ridotto senza precedenti e con una risoluzione spaziale straordinariamente elevata. La ricerca è stata guidata dal Prof. Haim Suchowski e dal Dr. Michael Mrejen della Raymond &Beverly Sackler Facoltà di Scienze esatte della TAU e pubblicata su Progressi scientifici il 1 febbraio

La meccanica quantistica è una teoria fondamentale in fisica che descrive la natura alle più piccole scale di energia. "La nostra nuova tecnologia di imaging cattura il movimento degli eccitoni in un breve lasso di tempo e su scala nanometrica, " Dice il Dr. Mrejen. "Questo strumento può essere estremamente utile per sbirciare nella risposta di un materiale nei primissimi momenti in cui la luce lo ha colpito".

"Tali materiali possono essere utilizzati per rallentare significativamente la luce per manipolarla o persino conservarla, che sono funzionalità molto ricercate per le comunicazioni e per i computer quantistici basati sulla fotonica, " Spiega il Prof. Suchowski. "Dal punto di vista delle capacità dello strumento, questo tour de force apre nuove opportunità per visualizzare e manipolare la risposta ultraveloce di molti altri sistemi materiali in altri regimi di spettro, come la gamma del medio infrarosso in cui si trovano molte molecole a vibrare".

Gli scienziati hanno sviluppato una tecnica di imaging spaziotemporale unica su scala nanometrica del femtosecondo e hanno osservato la dinamica eccitone-polaritone nel diseleniuro di tungsteno, un materiale semiconduttore, a temperatura ambiente.

L'eccitone-polaritone è una creatura quantistica generata dall'accoppiamento di luce e materia. A causa del materiale specifico studiato, la velocità di propagazione misurata era circa l'1% della velocità della luce. In questa scala temporale, la luce riesce a viaggiare solo per alcune centinaia di nanometri.

"Sapevamo di avere uno strumento di caratterizzazione unico e che questi materiali 2D erano buoni candidati per esplorare un comportamento interessante all'intersezione ultraveloce-ultrapiccolo, " dice il dottor Mrejen. "Devo aggiungere che il materiale, diseleniuro di tungsteno, è estremamente interessante dal punto di vista delle applicazioni. Sostiene tali stati accoppiati alla materia leggera in dimensioni molto limitate, fino allo spessore del singolo atomo, a temperatura ambiente e nell'intervallo spettrale del visibile."

I ricercatori stanno ora esplorando modi per controllare la velocità delle onde dei semiconduttori mediante, Per esempio, combinando più materiali 2D in pile.