Először sikerült képet készíteni egy tünékeny, de annál fontosabb részecskéről
2021 / 04 / 28 / Bobák Zsófia
Először sikerült képet készíteni egy tünékeny, de annál fontosabb részecskéről
Az atomi és szubatomi szintű megfigyeléseket rendkívül megnehezíti a részecskék gyors mozgása, az excitonokról például 90 éve nem sikerült igazán jó képet készíteni, egészen eddig.

Mi az az exiton?

Az exciton egy olyan kvázirészecske, amely egy pozitív töltésű elektronlyukból és a körülötte keringő negatív töltésű elektronból áll és a félvezető anyagok fontos részét képezi. Amikor a félvezető elnyeli a fényt alkotó fotonokat, ezek hatására az elektronok magasabb energiaállapotba kerülnek és elhagyják az eredeti helyüket. Ott, ahol az elektronok korábban tartózkodtak egy pozitív töltésű lyuk marad hátra, ami vonzza a körülötte lévő, negatív töltésű elektronokat. Ezek elkezdenek keringeni egymás körül: ezt a formációt hívjuk excitonnak.

A kvázirészecskék felépítésének és viselkedésének megértése fontos lehet nem csak tudományos, hanem gyakorlati szempontból is, mivel az excitonok a fő energia (töltés) szállítók a perovszkit napelemekben, ezért lényeges szerepük lehet a jövő energiaellátásának kivitelezésében. Ezek a struktúrák azonban nagyon könnyen felbomlanak, a pozitív és negatív töltés vonzza egymást és az elektron keringés közben visszaeshet a lyukba. Ez akár a szempillantásnál is sokkal gyorsabban, a másodperc néhány ezermilliárdod része alatt bekövetkezhet - írja az Okinawa Tudományos Műszaki Intézet közleményében Keshav Dani, a Femtosecond Spectroscopy Unit vezetője.

"A kutatók 90 éve fedezték fel az excitonokat, de egészen a közelmúltig csak az excitonok optikai nyomaihoz lehetett hozzáférni, mint például a fény, amelyet kibocsát, amikor megszűnik létezni.

A természetük más aspektusai, például az állapotuk vagy hogy hogyan kering az elektron és a lyuk egymás körül, csak elméletben volt leírható."

Az első felvétel

A kutatóknak most azonban sikerült lencsevégre kapni a kvázirészecskét, a Science Advancesban április 21-én tették közzé azt a tanulmányt, amelyben először látható erről a tünékeny struktúráról készített felvétel. Ehhez első lépésben egy kétdimenziós, néhány atom vastagságú félvezető anyagra lézerfényt irányítottak, hogy 'kiugrasszák' az elektronokat a helyükről és excitonokat generáljanak. Ezután fel kellett bontani a struktúrát, amit ultramagas energiájú fotonokkal sikerült kivitelezni. Az elektronok ekkor nem kerültek vissza a lyukba, hanem kirepültek a formációból az elektronmikroszkóp vákuum terébe, ahol már meg tudták mérni az energiájukat. Ebből pedig azt is ki lehet számítani, hogy milyen volt az állapota, mikor még a kvázirészecskéhez tartozott. A kutatók a részecskegyorsítókban zajló folyamatokhoz hasonlítják a kísérletet, mivel ott is azért ütköztetnek egymással részecskéket, hogy a mérések után tudjanak következtetni az eredeti szerkezetükre és jobban megértsék a viselkedésüket.

Valószínűségi felhő

A kép, ami végül az excitonról készült, nem az elektronok pontos helyét, hanem a valószínűségi felhőjét mutatja, mivel szubatomi szinten a kvantumfizika szabályai érvényesek, vagyis az elektronok helye és állapota nem mérhető egyszerre. A megfigyelt hullámfüggvényből viszont lehetett következtetni a valószínűsíthető tartózkodási helyükre. Most, hogy már vizualizáción is létezik az exciton, könnyebb lesz eljutni arra a pontra a kutatóknak, hogy már kontrollálni is tudják a részecskén belül zajló folyamatokat és a jövőben a gyakorlatban is felhasználják ezt a tudást.

"Ez lehetővé teszi, hogy az anyag új kvantumállapotait hozzuk létre és ezeken a koncepciókon alapuló új technológiát alkossunk."

- mondta Julien Madeo, a kutatás résztvevője.

(Fotó: OIST, Pixabay)

További cikkek a témában:

Egy új technológia elgördítheti az utolsó akadályt az olcsóbb és hatékony napelemek útjából A perovszkit-kristályos napelem rendkívül ígéretes technológia a napelemgyártásban, csak sajnos a perovszkit-kristály használhatatlan szobahőmérsékleten, valamint nagyobb páratartalom mellett – ezt oldották most meg.
A jövő memóriatárolása felé egy lépéssel - először figyelték meg hopfionok keletkezését A spintronika, a részecskék mágnesességét felhasználó technológia lehet a kulcs a nagyságrendekkel hatékonyabb memóriatárolás kifejlesztésében. De mi az a hopfion?
51 évnyi kutatás után, végre fülön csípték a bujkáló kvázirészecskét - magyar segítséggel Érted az elektronokat, tudod mikor érdemes egyenáramra váltani, a fúzió és a fisszió a passziód, a bájos kvarkok íze ott van a nyelved hegyén, oké. De vajon az excitonok is felizgatnak? Mert épp most nemrég, meglett egy újabb.


Kövesd a Rakétát a Facebookon is!
Kövess, üzenj, kommentelj a Rakéta Facebook oldalán!
Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.