Quando la luce di una frequenza specifica colpisce un cristallo semiconduttore, è assorbito e produce eccitazione, uno stato di maggiore energia. Nelle celle solari, questa energia viene convertita in elettricità. Nei cristalli bidimensionali, che consistono di pochi strati atomici, i cosiddetti "eccitoni" sono i protagonisti di questi processi. Queste eccitazioni sono costituite da una particella di carica positiva e una di carica negativa. Ancora, i cristalli bidimensionali ospitano una molteplicità di eccitoni, rendendo difficile distinguere i tipi di eccitoni in situazioni specifiche. Ricercatori della TU Dresda, in collaborazione con un team internazionale, hanno ora identificato la natura degli eccitoni interstrato nei cristalli bidimensionali. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Fisica della natura .

I cristalli bidimensionali sono una sorta di "sandwich" costituito da singoli strati di bisolfuro di molibdeno e diseleniuro di tungsteno. Ogni strato ha uno spessore di soli tre atomi. In laboratorio, gli strati sono impilati uno per uno. "Ciò che rende gli eccitoni interstrato così speciali sono le due particelle cariche che si separano nello spazio. Si presumeva che quella positiva si trovasse nel diseleniuro di tungsteno e quella negativa nel disolfuro di molibdeno, " afferma il Dr. Jens Kunstmann della Cattedra di Chimica Teorica della TU di Dresda. "Ora siamo stati in grado di dimostrare che le particelle di carica positiva possono essere trovate in entrambi gli strati, e quindi, gli eccitoni intercalari sono legati l'uno all'altro in modo molto più forte di quanto si pensasse in precedenza."

Gruppi teorici e sperimentali hanno collaborato nel corso di questa collaborazione globale. Il gruppo di Dresda ha contribuito a calcoli teorici e analisi in collaborazione con il prof. Andrey Chaves dell'Universidade Federal do Ceará di Fortaleza, Brasile, e il Prof. David R. Reichman della Columbia University di New York. Gli esperimenti sono stati condotti dal gruppo del Prof. Tobias Korn dell'Universität Regensburg. Tra loro c'erano Fabian Mooshammer e Philipp Nagler, che hanno contribuito a questa ricerca nel corso delle loro tesi di laurea e dottorato.

"Siamo ancora all'inizio, non sappiamo ancora con certezza come siano gli eccitoni intercalari in altri cristalli bidimensionali, "Dice il dottor Kunstmann. "Ma siamo comunque affascinati da questi eccitoni. La separazione spaziale delle cariche potrebbe consentire la condensazione degli eccitoni in uno stato quantistico macroscopico, così come la costruzione di celle solari ad alta efficienza".