激子 - 电中性准粒子 - 具有非凡的性质。它们仅存在于半导体和绝缘材料中,并且可以在几个原子厚度的二维(2D)材料中容易地获得,例如碳和辉钼矿。当这些2D材料结合在一起时,它们表现出两种材料本身都不具备的量子特性。

特拉维夫大学的 一项新 研究探索了在前所未有的小时间范围内以极高的空间分辨率在二维材料中产生和传播激子。该研究由 TAU Raymond&Beverly Sackler精确科学学院的Haim Suchowski教授 和 Michael Mrejen博士领导, 并在Science Advances上发表 。

量子力学是物理学中的一种基本理论,它以最小的能量尺度描述自然。“我们的新成像技术能够在短时间内以纳米尺度捕获激子的运动,”Mrejen博士说。“这个工具对于在光线影响它的最初时刻窥视材料的响应非常有用。”

“这些材料可以用来显着减慢光线的操作速度,甚至可以存储它,这些都是通信和基于光子学的量子计算机备受追捧的能力,”Suchowski教授解释道。“从仪器能力的角度来看,这次测试开辟了新的机会,可视化和操纵其他光谱体系中许多其他材料系统的超快响应,例如发现许多分子振动的中红外范围。 ”

科学家们在飞秒 - 纳米尺度上开发了一种独特的时空成像技术,并在室温下观察了半导体材料钨二硒化合物的激子 - 极化子动力学。

激子 - 极化子是由光和物质耦合产生的量子生物。由于所研究的特定材料,测量的传播速度约为光速的1%。在这个时间尺度上,光可以行进仅几百纳米。

“我们知道我们有一个独特的表征工具,这些2D材料是在超快超小交叉点探索有趣行为的良好候选者,”Mrejen博士说。“从应用的角度来看,我应该补充说,材料,二硒化钨,非常有趣。它在非常有限的尺寸内维持这种光物质耦合状态,在室温和可见光谱范围内,可达到单原子厚度。“

研究人员现在正在探索控制半导体波速度的方法,例如,将多个2D材料组合在一起。

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