Ученые из Университета Оклахомы в своем недавно опубликованном исследовании, которое было представлено в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), предсказали существование нового типа экситона. Эти частицы могут сыграть ключевую роль в развитии будущих квантовых устройств.
Экситоны являются квазичастицами, представляющими собой долгоживущее возбужденное состояние в наносистеме, состоящее из электрона и положительно заряженной дырки. Их движение вместе с процессами переноса энергии в кристалле можно описывать как перемещение частицы. Экситоны наблюдаются в изоляторах и полупроводниках, которые являются основой современных компьютерных технологий.
Исследователи предсказали существование нового типа экситона, который называется топологическим экситоном, и он возникает в материалах, известных как изоляторы Черна. Изоляторы Черна представляют собой материалы, которые позволяют электронам вращаться по краю материала, но не проводят электричество внутри. Они спонтанно образуют однонаправленные токи, текущие либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки вдоль краев двумерного материала.
Предсказано, что при определенных условиях экситоны, создаваемые при воздействии света на изоляторы Черна, будут обладать нетривиальными топологическими свойствами. Эти свойства связаны с топологией электронов и дырок в исходном материале. Когда экситоны распадаются, они, как было предсказано, испускают свет с круговой поляризацией (вектор электрического поля описывает окружность).
Такие топологические экситоны могут быть использованы для разработки нового класса оптических устройств. Особенно это применимо при низких температурах, когда экситоны могут образовывать нейтральную сверхтекучую жидкость, что может привести к созданию мощных поляризованных источников света и усовершенствованных фотонных устройств для квантовых вычислений.
Источник: https://lenta.ru/news/2024/08/30/exciton/
