Rutgers en andere natuurkundigen hebben een exotische vorm van elektronen ontdekt die ronddraaien als planeten en die kunnen leiden tot vooruitgang in verlichting, zonnepanelen, lasers en elektronische displays.

Het heet een "chiraal oppervlakte-exciton, " en het bestaat uit deeltjes en antideeltjes die aan elkaar zijn gebonden en om elkaar heen wervelen op het oppervlak van vaste stoffen, volgens een studie in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Chiraal verwijst naar entiteiten, zoals je rechter- en linkerhand, die overeenkomen, maar zijn asymmetrisch en kunnen niet op hun spiegelbeeld worden gelegd.

Excitonen ontstaan ​​wanneer intens licht op vaste stoffen schijnt, negatief geladen elektronen uit hun plek schoppen en positief geladen "gaten" achterlatend, " volgens hoofdauteur Hsiang-Hsi (Sean) Kung, een afgestudeerde student in het Rutgers Laser Spectroscopy Lab van professor Girsh Blumberg in de natuurkunde aan de Rutgers University-New Brunswick.

De elektronen en gaten lijken op snel ronddraaiende tollen. De elektronen "spiraal" uiteindelijk naar de gaten, elkaar vernietigen in minder dan een biljoenste van een seconde terwijl ze een soort licht uitstralen dat 'fotoluminescentie' wordt genoemd. Deze bevinding heeft toepassingen voor apparaten zoals zonnecellen, lasers en TV en andere displays.

De wetenschappers ontdekten chirale excitonen op het oppervlak van een kristal dat bekend staat als bismutselenide, die in massaproductie kunnen worden geproduceerd en bij kamertemperatuur kunnen worden gebruikt in coatings en andere materialen in elektronica.

"Bismutselenide is een fascinerende verbinding die behoort tot een familie van kwantummaterialen die 'topologische isolatoren' worden genoemd. '", zei senior auteur Blumberg, een professor in het departement Natuur- en Sterrenkunde in de School of Arts and Sciences. "Ze hebben verschillende kanalen aan de oppervlakte die zeer efficiënt zijn in het geleiden van elektriciteit."

De dynamiek van chirale excitonen is nog niet duidelijk en de wetenschappers willen ultrasnelle beeldvorming gebruiken om ze verder te bestuderen. Chirale oppervlakte-excitonen kunnen ook op andere materialen worden gevonden.