TU Dortmund Universiteti tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Eksiton və fononun sinxron kvant rəqsi. Müəllif: Kseniya Akimov

Beynəlxalq tədqiqatçılar qrupu yarımkeçirici materiallarda kvant dinamikasının anlaşılmasında böyük bir irəliləyiş olduğunu bildirib. Onlar perovskit nanokristallarında eksitonların və fononların necə birlikdə təkamül etdiyini birbaşa müşahidə edərək, işığın yaratdığı elektron həyəcanlanmalar və kristal qəfəs titrəmələri arasında tam əlaqəli kvant rəqsini ortaya qoyublar. Onlar tapıntılarını Nature Communications jurnalında dərc ediblər .

İşıq yarımkeçirici daxilində elektronu həyəcanlandırdıqda eksiton yaranır. Elektron enerjini udur və müsbət yüklü “dəlik” qoyur; ikisi bir-birinə bağlanır və kristaldan tək bir kvant obyekti kimi keçir. Fonon kristal qəfəs vibrasiyasının kvantı olduğundan fərqli bir kvant obyektidir. Əsasən fərqli obyektlər olsa da, perovskitlərdə onlar güclü şəkildə bağlıdır və birləşdirilmiş kvant sistemi kimi birlikdə inkişaf edir.

Perovskit nanokristalları, ölçüsü cəmi bir neçə nanometr olan, bir tükün qalınlığından min dəfə kiçik olan miniatür kristallardır. Hər bir kristal həm eksitonları, həm də fononları tutan nanoskallı bir “qutu” əmələ gətirir. Bu məhdudiyyət onlar arasındakı qarşılıqlı təsiri xüsusilə güclü edir: Nanokristalın içərisindəki eksiton ətrafdakı kristal qəfəsinin titrəmələri ilə sıx bağlıdır.

Qısa lazer impulsu ilə eksiton yaradıldıqda , ətrafdakı kristal qəfəsini də bir qədər təhrif edir və fononlar yaradır. Elektron həyəcanlanma və qəfəs titrəməsi daha sonra eksiton-polyaron kimi tanınan birgə kvant vəziyyətini əmələ gətirir.Foton əks-sədası CsPbI ₃ nanokristallarında. Müəllif: İlya Akimov

Uyğun kvant rəqsinin izlənməsi

Əksər bərk cisimlərdə kristal qəfəslə qarşılıqlı təsir kövrək kvant vəziyyətlərini tez bir zamanda məhv edir. Bir çox atomun hərəkəti səs-küy kimi təsir göstərir və kvant koherentliyini yuyur. Lakin tədqiqatçılar qurğuşun-halid perovskit nanokristallarında təəccüblü bir istisna aşkar etdilər . 2 Kelvin aşağı temperaturda kristal titrəmələri yaxşı müəyyən edilmiş qalır və bu da kvant vəziyyətinin təxminən 10 pikosaniyə ərzində koherent şəkildə inkişaf etməsinə imkan verir ki, bu da bir çox rəqslərə və beləliklə, kvant rəqsinin bir çox növbəsinə uyğun gəlir.

Təxminən yüz femtosaniyə davam edən çox qısa lazer impulslarından istifadə edərək , TU Dortmund Universitetinin təcrübə qrupu bu təkamülü birbaşa izlədi və aydın kvant döyüntülərini müşahidə etdi. Bu döyüntülər bir sistem eyni anda fərqli kvant vəziyyətlərinin əlaqəli superpozisiyasında mövcud olduqda ortaya çıxır. Hər bir vəziyyət bir az fərqli enerji ilə inkişaf etdiyindən, onların kvant dalğaları bir-birinə müdaxilə edir. Bu müdaxilə ritmik bir salınım, kvant döyüntüsü yaradır.

Tədqiq edilən nanokristallarda bu rəqslər eksitonların və kristal titrəmələrinin ultra sürətli zaman miqyasında necə enerji mübadiləsi apardığını və birlikdə təkamül etdiyini ortaya qoydu.

Nəticəni xüsusilə diqqətəlayiq edən şey kvant vuruşlarının olduqca güclü amplitudası və onların uzun koherentliyidir. Bu rejim digər bərk sistemlərdə eksperimental olaraq əlçatmaz olaraq qalmışdır.

Effekti ölçüyə görə tənzimləmək

Dortmund Universitetinin Kondensasiya Edilmiş Maddə Nəzəriyyəsi və ABŞ-ın Cekson Dövlət Universitetinin nəzəriyyə qrupları ilə sıx əməkdaşlıq çərçivəsində tədqiqatçılar nümayiş etdirdilər ki, effekt sadəcə nanokristal ölçüsünü dəyişdirməklə tənzimlənə bilər. Kiçik nanokristallardakı eksitonlar qəfəs titrəmələri ilə daha güclü şəkildə birləşir, daha böyük nanokristallarda isə titrəmələr daha uzun müddət saxlanılır. Bu, bu sistemin kvant dinamikasını mühəndislik və idarə etmək üçün praktik bir yol açır.

Tapıntılar perovskit nanokristallarını gələcək kvant cihazları üçün perspektivli bir platforma kimi müəyyən edir. Koherent eksiton-fonon dinamikasını idarə etmək qabiliyyəti yarımkeçirici kvant məlumatlarının emalı, kvant işıq mənbələri və tək fononların – kristal vibrasiyasının fərdi paketlərinin generasiyası üçün yeni yanaşmalara imkan verə bilər. Daha geniş şəkildə desək, iş göstərir ki, tez-tez dekoherens mənbəyi kimi qəbul edilən kristal vibrasiyaları faydalı kvant resursuna çevrilə bilər.

Nəşr detalları

Artur V. Trifonov və digərləri, CsPbI3 perovskit nanokristallarında eksiton-polyaronların kvant vuruşları, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-73506-1

Jurnal məlumatları: Nature Communications 

Əsas anlayışlar

Optika və lazerlərKvazipartiküllər və kollektiv həyəcanlar0 ölçülü sistemlərKristal sistemlərKvant nöqtələriSpektroskopiya

TU Dortmund Universiteti tərəfindən təmin edilir Bu hekayənin arxasında kim dayanır?

Qeb Klark

İngilis dili üzrə magistr dərəcəsi, 2021-ci ildən bəri mətn redaktoru, ali təhsil və səhiyyə sahəsində təcrübəyə malikdir. Etibarlı elm xəbərlərinə həsr olunub. Tam profil →

Robert Egan

Riyazi biologiya üzrə bakalavr, yaradıcı yazı üzrə magistr dərəcəsi. Elm və dilə dair unikal perspektivləri olan səyahətlər. Tam profil →

Daha ətraflı araşdırın