С момента своего открытия в 2014 году, phosphorene — лист атомов фосфора только один толстый атом — интригует ученых, благодаря своим уникальным оптоэлектронным анизотропии. Другими словами, электроны взаимодействуют со светом и двигаться только в одном направлении. Эта анизотропия означает, что несмотря на двухмерный (2D), phosphorene представляет собой сочетание свойств, присущих как одномерных (1D) и 2D материалов. Ученые считают, что уникальные квази-1D в природе phosphorene может быть использована для разработки новых, инновационных оптоэлектронных устройств, из светодиодов на солнечных батареях.
Теперь, ученые из блока фемтосекундной спектроскопии Института науки и технологий Окинавы университета (Уист) пролили свет на то, как экситоны — возбужденное состояние материи в ядре оптоэлектроника — двигаться и взаимодействовать в phosphorene.
«Из-за анизотропии, экситоны ведут себя в действительно уникальном пути в phosphorene по сравнению с другими 2D материалов, которые мы только начинаем понимать», — сказал Вивек Pareek, аспирант и первый автор исследования, опубликованного в физическая.
Экситоны образуются, когда материал поглощает фотон света, в результате чего электрон должна быть заинтересована в более высокое энергетическое состояние. Таким образом, на положительно заряженные «дырки», где электрон находилась в своей начальной энергии, которая притягивается к отрицательно заряженной возбужденного электрона. Равнодействующая связанную пару электрон-дырка — экситонных-то может двигаться через материал и взаимодействовать с другими экситонами.
Но экситонов недолговечны и со временем, возбужденные электроны «падают» обратно в отверстия. Для этого экситонов может либо испустить фотон-этот процесс называется излучательной рекомбинации, или они могут сталкиваться друг с другом, передачи тепла материал не межзонная рекомбинация называется экситон-экситонной аннигиляции.
«Экситон-экситонное взаимодействие, или аннигиляции, очень разных в 1D и 2D систем», — пояснил Pareek. «Поэтому мы можем использовать экситон-экситонной аннигиляции в качестве инструмента, чтобы исследовать характер взаимодействия в квази-1D в phosphorene.»
Прощупывание phosphorene
Ученые использовали лазер, чтобы отправить двух световых импульсов в phosphorene — насос импа Ульс для того чтобы возбудить электроны образуют экситоны, и зондирующий импульс, чтобы захватить как экситон-экситонной аннигиляции произошел в течение первых ста пикосекунд, которые триллионную секунды. Путем изменения мощности импульса накачки, исследователи изменили первоначальный сформирована плотности экситонов.
Ученые обнаружили, что как плотность экситонов увеличивается, экситон-экситонной аннигиляции изменен в размер, перекладывая из 1Д в 2Д. Исследователи показывают, что этот пространственный сдвиг произошел за счет анизотропных свойств phosphorene, которые возникают из-за необычной структуры материала. Эта анизотропия вызывает экситонов для более быстрого движения в одном определенном направлении вдоль решетки и медленно двигаться в другом направлении. Таким образом, при малых плотностях экситонов, взаимодействие между экситонами в основном происходило только в одном измерении-вдоль более благоприятном направлении. Но когда плотность экситонов была увеличена, в результате уменьшения расстояния между экситонами, взаимодействий стали происходить в обоих измерениях.
Ученые также исследовали влияние температуры на экситон-экситонной аннигиляции. Когда команда охладили phosphorene шелушится, экситон-экситонной аннигиляции вернулась от 2D к 1D, даже при высоких плотностях экситонов.
«Это исследование показывает, что мы можем контроллировать экситон-экситонной аннигиляции происходит в одном или двух измерениях, в зависимости от условий, которые мы поставили», — сказал Жюльен Madéo, Уист научный сотрудник и соавтор исследования. «Это открывает новую интересную собственность phosphorene, повышения его перспективы в качестве новых материалов в оптоэлектронных устройств».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!