Un gruppo di ricerca ha scoperto la dinamica della transizione degli eccitoni chiaro-scuro nell'anatasio TiO2 . I loro risultati sono stati pubblicati negli Proceedings of the National Academy of Sciences .
Gli eccitoni, quasi-particelle formate dal legame di elettroni e lacune in sistemi di materia condensata tramite l'interazione di Coulomb, mostrano proprietà distinte come eccitoni luminosi e scuri. Mentre gli eccitoni luminosi si accoppiano direttamente con la luce e svolgono un ruolo fondamentale nell'assorbimento della luce, gli eccitoni oscuri, con la loro vita relativamente più lunga, hanno un significato nell'elaborazione delle informazioni quantistiche, nella condensazione di Bose-Einstein e nella raccolta dell'energia luminosa.
Lo studio è stato condotto dal Prof. Zhao Jin e dal Prof. Associato Zheng Qijing dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC), in collaborazione con Hrvoje Petek, professore dell'Università di Pittsburgh.
Lo studio, utilizzan 2 (un materiale semiconduttore rinomato per le sue eccezionali capacità di assorbimento della luce e la sua capacità di attivare eccitoni luminosi sotto eccitazione luminosa). A causa della natura indiretta del gap di banda del materiale, gli eccitoni luminosi alla fine si rilassano sui bordi della banda, formando eccitoni scuri.
La transizione degli eccitoni chiaro-scuro ha mostrato un nuovo percorso considerando gli effetti a molti corpi all’interno degli eccitoni:l’interazione tra elettroni e lacune. Questa rivelazione ha svelato una scala temporale estesa per il processo di transizione, in cui gli eccitoni luminosi si trasformano in eccitoni scuri entro circa 100 femtosecondi, molte volte più velocemente di quanto precedentemente previsto. Fondamentalmente, gli effetti a molti corpi all'interno degli eccitoni hanno svolto un ruolo fondamentale durante questa transizione.
Questo studio fa luce su come le dinamiche eccitoniche dei materiali semiconduttori sono influenzate dalle interazioni a molti corpi, offrendo spunti cruciali per la progettazione di dispositivi basati sulla luce e materiali energetici. Esemplifica inoltre gli sforzi collaborativi e gli approcci computazionali innovativi per svelare le complesse dinamiche degli eccitoni, aprendo la strada ai progressi nella scienza e nella tecnologia dei materiali.
Ulteriori informazioni: Aolei Wang et al, Transizione eccitone chiaro-scuro ultraveloce a molti corpi nell'anatasio TiO2 , Atti dell'Accademia nazionale delle scienze (2023). DOI:10.1073/pnas.2307671120
Informazioni sul giornale: Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze
Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina
