Excitoner, der er stødt på teknologier som solceller og tv’er, er kvasipartikler dannet af et elektron og et positivt ladet “hul”, der bevæger sig sammen i en halvleder. Oprettet, når et elektron er begejstret for en højere energitilstand, overfører excitons energi uden at bære en nettoafgift. Mens deres opførsel i traditionelle halvledere er godt forstået, handler excitoner forskelligt i organiske halvledere.
Nylig forskning ledet af kondenseret stoffysiker Ivan Biaggio fokuserer på at forstå mekanismerne bag exciton -dynamik, kvanteforvikling og dissociation i organiske molekylære krystaller.
Papiret offentliggøres i tidsskriftet Fysiske gennemgangsbreve.
I organiske materialer skal excitoner først bevæge sig gennem materialet for derefter at adskille sig og generere en anvendelig strøm. Biaggios laboratorium bruger lasere til at begejstre disse partikler og observere deres interaktioner på kvantniveau. Forskere sporer exciton -opførsel via korte laserpulser og fluorescens, analyserer “kvante beats” for at studere komplekse processer som singlet fission, triplettransport og tripletfusion. Singlet -fission opdeler en indledende excitation (med spin 0, kaldet en singlet) i to triplet excitoner (hver med spin 1), der stadig opretholder en kombineret spin på 0 i en sammenfiltret kvantetilstand.
Laboratoriet undersøger egenskaberne ved et kvantetimet-indhentet par triplet-excitoner, der genereres efter fotoexcitation. Biaggio og hans team dyrker rubrenkrystaller, en organisk halvleder, der besidder høj bærermobilitet og giver mulighed for singlet -exciton -fission, bruger derefter lasere til selektivt at begejstre og opdage specifikke excitoner. De udnytter de processer, hvorpå excitonerne absorberer lys af forskellige bølgelængder, og det giver to triplet -excitoner mulighed for at udsende en foton, når de møder hinanden.
“Påvisning af fluorescensfald og de højfrekvens krusninger forårsaget af kvante-entanglemmet er en kvantemekanisk måde at observere, hvad der foregår,” siger Biaggio, Joseph A. Waldschmitt-formand i fysik.
“Det er indirekte, fordi det er afhængig af påvisning af, hvad disse excitoner gør, ikke med hensyn til at dissociere og skabe strøm, men med hensyn til at vandre rundt i krystal Eller eller vi kan fange dem, når de er skabt ved hjælp af andre laserpulser, der observerer deres udseende og sporer dem.
Biaggios seneste eksperimenter undersøger, hvordan kvantetilslaget af triplet excitonpar kan fortsætte, når de to excitoner vandrer rundt uafhængigt i krystallen. Hans eksperimenter afslørede en proces, hvor urene af triplet-exciton-par kan komme ud af synkroniseringen, selvom hvert ur fortsætter med at krydse med samme frekvens.
Denne forskning kan muligvis hjælpe med at udvikle halvlederudvikling eller kvanteinformationsvidenskab. Det langsigtede mål er at bedre forstå grundlæggende exciton-adfærd, som til sidst kan påvirke applikationer i solenergihøstning eller muligvis kvanteberegning.