Exzitonen, die in Technologien wie Solarzellen und Fernseher auftreten, sind Quasitikel, die von einem Elektron und einem positiv geladenen „Loch“ gebildet werden und sich in einem Halbleiter zusammen bewegen. Erstellt, wenn ein Elektron auf einen höheren Energiezustand angeregt wird, übertragen Exzitonen Energie, ohne eine Nettoladung zu tragen. Während ihr Verhalten in traditionellen Halbleitern gut verstanden ist, wirken Exzitonen bei organischen Halbleitern unterschiedlich.
Jüngste Untersuchungen, die vom Physiker Ivan Biaggio kondensierter Substanz geleitet werden, konzentriert sich auf das Verständnis der Mechanismen der Exzitonendynamik, der Quantenverdünnung und der Dissoziation in organischen molekularen Kristallen.
Das Papier ist veröffentlicht in der Zeitschrift Physische Überprüfungsbriefe.
In organischen Materialien müssen sich Exzitonen zuerst durch das Material bewegen, um dann zu dissoziieren und einen verwendbaren Strom zu erzeugen. Das Labor von Biaggio verwendet Laser, um diese Partikel zu erregen und ihre Wechselwirkungen auf Quantenebene zu beobachten. Forscher verfolgen das Exzitonenverhalten über kurze Laserimpulse und Fluoreszenz und analysieren „Quantenbeats“, um komplexe Prozesse wie Singulettspaltung, Tripletttransport und Triplettfusion zu untersuchen. Die Singulettspaltung spaltet eine anfängliche Anregung (mit Spin 0, als Singulett bezeichnet) in zwei Triplett -Exzitonen (jeweils mit Spin 1), die immer noch einen kombinierten Spin von 0 in einem verwickelten Quantenzustand beibehalten.
Das Labor untersucht die Eigenschaften eines quantenbezogenen Paares von Triplett-Exzitonen, die nach der Photoanierung erzeugt werden. Biaggio und sein Team bauen Rubren -Kristalle an, ein organischer Halbleiter, der eine hohe Trägermobilität besitzt und die Spaltung von Singulett -Exzitonen ermöglicht. Anschließend verwenden Laser, um bestimmte Exzitonen selektiv zu erregen und zu erkennen. Sie nutzen die Prozesse aus, durch die die Exzitonen das Licht verschiedener Wellenlängen absorbieren, und die es zwei Triplett -Exzitonen ermöglichen, ein Photon zu emittieren, wenn sie sich treffen.
„Der Nachweis des Abfalls des Fluoreszenz und der durch die Quantenentdeckung verursachten Hochfrequenzwellen sind eine quantenmechanische Möglichkeit, um zu beobachten, was vor sich geht“, sagt Biaggio, Joseph A. Waldschmitt Vorsitzender in Physik.
„Es ist indirekt, weil es auf der Erkennung dessen, was diese Exzitonen tun Oder wir können sie mit anderen Laserimpulsen erstellen, die ihr Aussehen beobachten und sie auf diese Weise verfolgen.
Die neuesten Experimente von Biaggios untersuchen, wie die Quantenentwicklung von Triplett-Exzitonenpaaren bestehen bleiben kann, wenn die beiden Exzitonen im Kristall unabhängig herumwandern. Seine Experimente entdeckten einen Prozess, bei dem die Uhren von Triplet-Exciton-Paaren aus der Synchronisierung herauskommen können, obwohl jede Uhr bei gleicher Frequenz immer wieder tickt.
Diese Forschung könnte möglicherweise die Entwicklung der Halbleiter oder die Quanteninformationswissenschaft unterstützen. Das langfristige Ziel ist es, das grundlegende Exzitonenverhalten besser zu verstehen, was letztendlich die Anwendungen bei der Solarenergieernutzung oder möglicherweise bei Quantum Computing beeinflussen könnte.
Weitere Informationen:
Gerald Curran et al., Persistenz der Spin -Kohärenz in einer kristallinen Umgebung, Physische Überprüfungsbriefe (2024). Doi: 10.1103/PhysRevlett.133.056901. An Arxiv: arxiv.org/html/2406.02703v1