При поглощении фотонов полупроводником электроны, как известно, попадают из валентной зоны в зону проводимости, оставляя после себя дырки — квазичастицы с положительным зарядом. Фотовозбуждённая пара частиц, связываемая кулоновскими силами, может образовать новую нейтральную квазичастицу, называемую экситоном; через некоторое непродолжительное время электрон и дырка рекомбинируют (аннигилируют) с испусканием фотона. Экситоны в нанотрубках отличаются высокой энергией связи, которая обычно составляет несколько десятых долей электронвольта.
Положительно заряженный трион можно получить из экситона,«прикрепив»к нему дырку. Такая квазичастица напоминает ионизованную молекулу водорода, но связи в трионе менее крепкие: его отличие от двух протонов и электрона в молекуле Н2+состоит в том, что эффективные массы электрона и дырки практически равны.
Существование трёхчастичных электрон-дырочных комплексов в полупроводниках было предсказано в 1958 году, а экспериментальное подтверждение эта идея получила в конце ХХ века. Однако в нанотрубках трионы ещё не наблюдались.
| Трион—электрон и две дырки—в углеродной нанотрубке (иллюстрация Alan Stonebraker). |
Успех проведённого опыта обеспечили акцепторные примеси. Полученные легированные нанотрубки исследовались спектроскопическими методами, и при анализе снятых спектров фотолюминесценции и поглощения физики обнаружили дополнительный пик, который отходит от экситонного в область меньших энергий. Соответствующая новому пику энергия не изменялась при использовании разных примесей и варьировании их концентраций. Кроме того, с увеличением концентрации трионный пик становился болеевыраженным.
Интересно, что упомянутые пики оказались разнесены на очень большое энергетическое«расстояние»— (0,1–0,2)эВ. Учёные связывают это с квантовомеханическим эффектом обменного взаимодействия.
Полная версия отчёта опубликована в журналеPhysical Review Letters.
Подготовлено по материаламАмериканского физического общества.
Комментариев нет:
Отправить комментарий