Нова технологія візуалізації фіксує рух квантових частинок з безпрецедентним дозволом

Екситони – електрично нейтральні квазічастинки – володіють винятковими властивостями. Вони існують тільки в напівпровідникових і ізоляційних матеріалах і можуть бути легко доступні в двовимірних (2D) матеріалах товщиною всього в декілька атомів, таких як вуглець і молібдену. Коли ці 2D матеріали об'єднані, вони проявляють квантові властивості, якими жоден матеріал не володіє сам по собі.

Нове дослідження Тель-Авівського університету присвячено вивченню генерації і поширення екситонів в двовимірних матеріалах в безпрецедентно малих тимчасових рамках і з надзвичайно високим просторовим дозволом. Дослідження було проведено професором Хаімом СУХОВСЬКИЙ і доктором Майклом Мрейеном з факультету точних наук TAU Raymond & Beverly Sackler і опубліковано в журналі Science Advances 1 лютого.

Квантова механіка є фундаментальною теорією у фізиці, яка описує природу в найдрібніших масштабах енергії. «Наша нова технологія візуалізації фіксує рух екситонів за короткий проміжок часу і в нанометровому масштабі», – говорить доктор Мрейен. «Цей інструмент може бути надзвичайно корисний для перегляду реакції матеріалу в найперші моменти, коли світло впливає на нього».

«Такі матеріали можуть бути використані для значного уповільнення світла, щоб маніпулювати ним або навіть зберігати його, що є дуже затребуваним засобом зв'язку і квантових комп'ютерів на основі фотоніки», – пояснює професор СУХОВСЬКИЙ. «З точки зору можливостей приладу, ця сила відкриває нові можливості для візуалізації і маніпулювання надшвидкої реакцією багатьох інших матеріальних систем в інших режимах спектра, таких як середній інфрачервоний діапазон, в якому можна знайти коливання багатьох молекул. «

Вчені розробили унікальний метод просторово-часової візуалізації в фемтосекундного нанометричну масштабі і спостерігали динаміку екситон-поляритонов в діселеніда вольфраму, напівпровідниковому матеріалі, при кімнатній температурі.

Ексітон-поляритон – це квантове істота, породжене взаємодією світла і речовини. Через конкретного вивченого матеріалу виміряна швидкість поширення становила близько 1% від швидкості світла. У цьому масштабі часу світла вдається проїхати лише кілька сотень нанометрів.

«Ми знали, що у нас є унікальний інструмент для визначення характеристик, і що ці 2D-матеріали були хорошими кандидатами для вивчення цікавого поведінки на ультрашвидких і ультрамалих пересічних», – говорить доктор Мрейен. «Я повинен додати, що матеріал, діселеніда вольфраму, надзвичайно цікавий з прикладної точки зору. Він підтримує такі пов'язані з легким речовиною стану в дуже обмежених вимірах, аж до товщини одного атома, при кімнатній температурі і в видимому спектральному діапазоні ». «

В даний час дослідники вивчають способи управління швидкістю напівпровідникових хвиль, наприклад, шляхом об'єднання кількох 2D матеріалів в стопках.

Джерело інформації https://phys.org/news/2019-02-imaging-technology-captures-movement-quantum.html

Тімеркаев Борис – 68-річний доктор фізико-математичних наук, професор з Росії. Він є завідувачем кафедри загальної фізики в Казанському національному дослідницькому технічному університеті імені А. Н. Туполєва – КАИ