Дослідники виявили унікальний квантовий стан на межі органічних і двовимірних напівпровідників, що відкриває нові перспективи для надшвидких оптоелектронних технологій.
Міжнародна наукова група з університетів Геттінгена, Марбурга, Берліна та Граца поєднала органічні напівпровідники з двовимірними матеріалами. Така гібридна система дала змогу дослідити поведінку матерії на надмалих часових і просторових масштабах. Для цього застосували фотоелектронну спектроскопію та «теорію багатотілових збурень». Енергетичні процеси спостерігалися безпосередньо.
Ключовим об’єктом дослідження стали ексітони, тобто «квантово-механічні стани, утворені зв’язаною парою електрона і дірки». Імпульсна мікроскопія дозволила зафіксувати їхню еволюцію в режимі реального часу. Дані можна трактувати як своєрідний фільм надшвидких подій. Це дало змогу простежити перенесення енергії через інтерфейс.
Особливу увагу приділено гібридним екситонам, які виникають на межі різних матеріалів. В органічних напівпровідниках ексітони зазвичай локалізовані. У двовимірних матеріалах вони, навпаки, надзвичайно рухливі. На інтерфейсі ці властивості поєднуються.
Професор Стефан Матіас зазначає: «Ключем до надшвидкого перенесення енергії є утворення гібридних екситонів». Експеримент показав, що енергія може передаватися між шарами менш ніж за 10*-13 секунди. Це один із найшвидших відомих механізмів такого типу. Швидкість переносу має принципове значення.
Гібридні екситони було безпосередньо зафіксовано на межі WSe2 і PTCDA. Вібке Беннеке підкреслює: «Наші результати демонструють фундаментальні процеси перенесення енергії в наноструктурах». Вона додає, що це важливий крок для розвитку сонячних елементів. Також відкриваються можливості для квантових технологій.
Отримані результати, опубліковані в Nature Physics, підтверджують актуальність квантової механіки для інженерії майбутнього. Гібридні інтерфейси можуть стати основою ефективніших та адаптивніших пристроїв. Це підкреслює потенціал міждисциплінарних підходів у сучасній фізиці.