Een team van onderzoekers onder leiding van Sufei Shi, een assistent-professor chemische en biologische technologie aan het Rensselaer Polytechnic Institute, heeft nieuwe informatie ontdekt over de massa van individuele componenten waaruit een veelbelovend quasi-deeltje bestaat, bekend als een exciton, die een cruciale rol kunnen spelen in toekomstige toepassingen voor kwantumcomputers, verbeterde geheugenopslag, en efficiëntere energieconversie.

Vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie , het werk van het team brengt onderzoekers een stap dichter bij het bevorderen van de ontwikkeling van halfgeleiderapparaten door hun begrip te verdiepen van een atomair dunne klasse van materialen die bekend staat als overgangsmetaaldichalcogeniden (TMDC's), die zijn gezien vanwege hun elektronische en optische eigenschappen. Onderzoekers moeten nog veel leren over het exciton voordat TMDC's met succes kunnen worden gebruikt in technologische apparaten.

Shi en zijn team zijn leiders geworden in dat streven, het ontwikkelen en bestuderen van TMDC's, en het exciton in het bijzonder. Excitonen worden typisch gegenereerd door energie uit licht en worden gevormd wanneer een negatief geladen elektron zich bindt met een positief geladen gatdeeltje.

Het Rensselaer-team ontdekte dat in dit atomair dunne halfgeleidermateriaal, de interactie tussen elektronen en gaten kan zo sterk zijn dat de twee deeltjes in een exciton zich kunnen binden met een derde elektron of gatdeeltje om een ​​trion te vormen.

In deze nieuwe studie Shi's team was in staat om het TMDC-materiaal te manipuleren, zodat het kristallijne rooster binnenin zou trillen, het creëren van een ander type quasideeltje dat bekend staat als een fonon, die sterk zal interageren met een trion. De onderzoekers plaatsten het materiaal vervolgens in een hoog magnetisch veld, analyseerde het licht dat wordt uitgezonden door de TMDC's van de fonon-interactie, en waren in staat om de effectieve massa van het elektron en het gat afzonderlijk te bepalen.

Onderzoekers gingen er eerder van uit dat er symmetrie in massa zou zijn, maar, Shi zei, het Rensselaer-team ontdekte dat deze metingen significant verschillend waren.

"We hebben nu veel kennis over TMDC's ontwikkeld, Shi zei. "Maar om een ​​elektronisch of opto-elektronisch apparaat te ontwerpen, het is essentieel om de effectieve massa van de elektronen en gaten te kennen. Dit werk is een stevige stap in de richting van dat doel."