Исследование, поддержанное грантом РНФ, совершило прорыв в понимании динамики экситонов — квазичастиц, играющих ключевую роль в оптоэлектронике. С момента их открытия ученые стремились раскрыть потенциал этих частиц в гетероструктурах из ван-дер-ваальсовых материалов. Их слои, лишенные жестких химических связей, формируют уникальные эффекты, включая муаровые узоры и хиральность. Несмотря на прогресс, механизмы перемещения экситонов в таких системах долгое время оставались загадкой.
Прорыв в изучении экситонных структур
Ранее считалось, что в муаровых сверхрешетках — структурах, созданных поворотом слоев на микроскопический угол — экситоны «заперты» в потенциальных ямах. Это ограничивало их применение в инновационных устройствах. Однако новое исследование опровергло эту концепцию: оказалось, частицы способны преодолевать барьеры благодаря взаимодействию с электромагнитным полем. Данное открытие расширяет горизонты для разработки материалов с контролируемыми оптическими свойствами.
Диполь-дипольное взаимодействие как ключ к подвижности
Основой явления стало диполь-дипольное взаимодействие между экситонами. Излучая электромагнитное поле, локализованная квазичастица способна активировать соседние экситоны в решетке. Этот процесс, схожий с механизмом Ферстера, обеспечивает эффективное распространение даже при барьерах до 100 мэВ. Удивительно, но для этого не требуется квантовое туннелирование — достаточно энергии поля.
От теории к практике: моделирование процессов
Команда разработала микроскопическую модель, описывающую диффузию экситонов в полуклассическом и прыжковом режимах. Расчеты энергетического спектра показали: связь с электромагнитным полем порождает ветвь с линейной дисперсией, что кардинально меняет представления о поведении частиц. Более того, температурная зависимость коэффициента диффузии подчиняется степенному закону, указывая на ранее неизвестные механизмы переноса.
Взгляд из лаборатории: комментарий эксперта
«Наши расчеты продемонстрировали, как виртуальная генерация-рекомбинация экситонов обеспечивает их перемещение без туннелирования, — делится Александр Шенцев, студент МФТИ. — Степенные зависимости параметров открывают путь к управлению энергией на наноуровне. Это важный шаг к созданию высокоэффективных устройств».
Перспективы для квантовых технологий
Открытие обладает огромным потенциалом. Повышенная подвижность экситонов позволит создавать инновационные лазеры, фотонные схемы и элементы квантовых компьютеров. Муаровые эффекты дают возможность проектировать материалы с программируемыми свойствами, что революционизирует солнечную энергетику и оптоэлектронику.
