Физикам впервые удалось "увидеть" экситон - «Наука и технологии»

После нескольких десятилетий тщетных усилий, ученым-физикам, наконец, удалось увидеть эфемерное образование, квазичастицу, называемую экситоном. Полученное учеными изображение экситона позволяет определить истинное местоположение, которое занимает электрон в структуре этой квазичастицы, а это, в свою очередь, позволит ученым получить материю в совершенно новых состояниях вещества или использовать экситоны в новых квантовых технологиях.

Экситоны образуются в полупроводниках и некоторых диэлектрических материалах. Когда на поверхность такого материала падает фотон света, энергия этого фотона переводит один из электронов в более высокоэнергетическое, возбужденное, состояние. Возбужденный электрон покидает пределы своего атома, становясь свободным электроном, и оставляет на своем месте так называемую электронную дырку, имеющую положительный электрический заряд. В некоторых случаях электрон и дырка начинают вращаться друг вокруг друга и формируют экситон, который нейтрален с электрической точки зрения. Экситоны являются короткоживущими квазичастицами, практически моментально электрон "ныряет" обратно в дырку и экситон исчезает, излучая при этом фотон света.

До последнего времени ученые имели возможность наблюдать за экситонами лишь по вторичным эффектам, в частности, по излучаемым ими в момент аннигиляции фотонами света. А другие параметры этих квазичастиц, такие, как импульс, энергия, диаметры орбит электрона и дырки, оставались значениями, рассчитанными согласно имеющимся теориям.

Поскольку электроны обладают свойством дуализма, т.е. они могут быть описаны как частицы и как электромагнитные волны, их местоположение и импульс не могут быть определены одновременно с достаточной точностью. У экситона существует даже такой параметр, как "облако вероятности", которое описывает сферу, внутри которой электрон может вращаться вокруг дырки.