Физики впервые обнаружили экситоны в металле

Ученые США и Сербии впервые обнаружили экситон в металле. Статья авторов опубликована в журнале Nature Physics, кратко с ней можно ознакомиться на сайте Phys.org.

Специалисты в своей работе исследовали взаимодействие света и материи: электромагнитной волны, падающей на серебряный кристалл. В толще металла обычное экситонное возбуждение, как считалось, может длиться около одной десятой квадриллионной (квадриллион в системе с короткой шкалой — это число с 15 нулями) секунды, что затрудняет его наблюдение. Специалистам удалось зафиксировать на поверхности серебряной пластины долгоживущее экситонное состояние, превышающее стандартное для металлов в 100 раз. Такое время жизни экситона теоретически было предсказано сербским ученым, а его коллегам из США удалось наблюдать квазичастицу в эксперименте.

Для этого специалистами использовалась специальная техника многомерной когерентной спектроскопии, которая трансформирует методы спектроскопии ядерного магнитного резонанса в спектроскопию видимого, ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов излучения. В этом ученым помог лазер, который облучал пластинку электромагнитными импульсами длительностью 15 фемтосекунд.

Экситоном ученые называют долгоживущее возбужденное состояние в наносистеме, которое состоит из электрона и положительно заряженной дырки. Движение связанных электрона и дырки в кристалле и сопровождающие это процессы переноса энергии удобно описывать как перемещение квазичастицы — экситона.

Экситоны играют важную роль в процессах фотосинтеза и преобразованиях энергии в фотоэлементах. До исследований ученых экситонные возбуждения наблюдались только в диэлектриках и полупроводниках.