Wanneer licht met een specifieke frequentie een halfgeleiderkristal raakt, het wordt geabsorbeerd en produceert opwinding, een staat van hogere energie. Bij zonnecellen, deze energie wordt omgezet in elektriciteit. In tweedimensionale kristallen, die uit slechts enkele atomaire lagen bestaan, zogenaamde "excitons" zijn de hoofdrolspelers van deze processen. Deze excitaties bestaan ​​uit een deeltje met een positieve lading en een met een negatieve lading. Nog, tweedimensionale kristallen bevatten een groot aantal excitonen, waardoor het moeilijk is om de soorten excitonen in specifieke situaties te onderscheiden. Onderzoekers van de TU Dresden, in samenwerking met een internationaal team, hebben nu de aard van tussenlaagse excitonen in tweedimensionale kristallen geïdentificeerd. Hun bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Natuurfysica .

De tweedimensionale kristallen zijn een soort "sandwich" gemaakt van enkele lagen molybdeendisulfide en wolfraamdiselenide. Elke laag heeft een dikte van slechts drie atomen. In het laboratorium, de lagen worden één voor één gestapeld. "Wat de excitonen tussen de lagen zo speciaal maakt, zijn de twee geladen deeltjes die in de ruimte worden gescheiden. Er werd aangenomen dat de positieve zich in het wolfraamdiselenide bevindt en de negatieve in het molybdeendisulfide, " zegt Dr. Jens Kunstmann van de leerstoel Theoretische Chemie van de TU Dresden. "We konden nu aantonen dat in beide lagen deeltjes met een positieve lading te vinden zijn, en vandaar, de tussenliggende excitonen zijn op een veel sterkere manier met elkaar verbonden dan voorheen werd aangenomen."

Tijdens deze wereldwijde samenwerking werkten zowel theoretische als experimentele groepen samen. De groep uit Dresden droeg theoretische berekeningen en analyses bij in samenwerking met Prof. Andrey Chaves van de Universidade Federal do Ceará in Fortaleza, Brazilië, en Prof. David R. Reichman van de Columbia University in New York. De experimenten werden uitgevoerd door de groep van Prof. Tobias Korn van de Universität Regensburg. Onder hen waren Fabian Mooshammer en Philipp Nagler, die hebben bijgedragen aan dit onderzoek in de loop van hun master- en doctoraatsthesis.

“We staan ​​nog aan het begin, we weten nog steeds niet zeker hoe tussenlaagse excitonen in andere tweedimensionale kristallen eruit zien, " zegt Dr. Kunstmann. "Maar we zijn sowieso gefascineerd door deze excitonen. De ruimtelijke scheiding van de ladingen zou de condensatie van excitonen tot een macroscopische kwantumtoestand mogelijk maken, evenals de bouw van zeer efficiënte zonnecellen."