Excitons - quasipartículas eletricamente neutras - têm propriedades extraordinárias. Eles existem apenas em materiais semicondutores e isolantes e podem ser facilmente acessados ​​em materiais bidimensionais (2D) com apenas alguns átomos de espessura, como carbono e molibdenita. Quando esses materiais 2D são combinados, eles exibem propriedades quânticas que nenhum dos materiais possui por si só.

Um novo estudo da Universidade de Tel Aviv explora a geração e propagação de excitons em materiais 2D em um período de tempo pequeno sem precedentes e em uma resolução espacial extraordinariamente alta. A pesquisa foi liderada pelo Prof. Haim Suchowski e Dr. Michael Mrejen da Faculdade de Ciências Exatas Raymond &Beverly Sackler da TAU e publicada em Avanços da Ciência em 1º de fevereiro.

A mecânica quântica é uma teoria fundamental da física que descreve a natureza nas menores escalas de energia. "Nossa nova tecnologia de imagem captura o movimento de excitons em um curto espaço de tempo e em escala nanométrica, "Dr. Mrejen diz." Esta ferramenta pode ser extremamente útil para espiar a resposta de um material nos primeiros momentos em que a luz o afetou. "

"Esses materiais podem ser usados ​​para reduzir significativamente a velocidade da luz para manipulá-la ou até mesmo armazená-la, que são recursos muito procurados para comunicações e para computadores quânticos baseados em fotônica, "O Prof. Suchowski explica." Do ponto de vista da capacidade do instrumento, este tour de force abre novas oportunidades para visualizar e manipular a resposta ultrarrápida de muitos outros sistemas materiais em outros regimes de espectro, como a faixa do infravermelho médio em que muitas moléculas vibram. "

Os cientistas desenvolveram uma técnica de imagem espaço-temporal única na escala nanométrica de femtossegundo e observaram a dinâmica de exciton-polariton em disseleneto de tungstênio, um material semicondutor, à temperatura ambiente.

O exciton-polariton é uma criatura quântica gerada pelo acoplamento de luz e matéria. Devido ao material específico estudado, a velocidade de propagação medida foi cerca de 1% da velocidade da luz. Nesta escala de tempo, a luz consegue viajar apenas várias centenas de nanômetros.

"Sabíamos que tínhamos uma ferramenta de caracterização única e que esses materiais 2D eram bons candidatos para explorar um comportamento interessante na interseção ultrarrápida-ultrassomena, "Dr. Mrejen diz." Devo acrescentar que o material, disseleneto de tungstênio, é extremamente interessante do ponto de vista das aplicações. Ele sustenta tais estados acoplados à luz-matéria em dimensões muito confinadas, até a espessura de um único átomo, à temperatura ambiente e na faixa espectral visível. "

Os pesquisadores agora estão explorando maneiras de controlar a velocidade das ondas semicondutoras, por exemplo, combinando vários materiais 2D em pilhas.