Los excitones, cuasipartículas eléctricamente neutras, tienen propiedades extraordinarias. Existen solo en materiales semiconductores y aislantes y se puede acceder fácilmente a ellos en materiales bidimensionales (2D) de solo unos pocos átomos de espesor. como carbono y molibdenita. Cuando estos materiales 2D se combinan, exhiben propiedades cuánticas que ninguno de los materiales posee por sí solo.

Un nuevo estudio de la Universidad de Tel Aviv explora la generación y propagación de excitones en materiales 2D dentro de un período de tiempo reducido sin precedentes y con una resolución espacial extraordinariamente alta. La investigación fue dirigida por el Prof. Haim Suchowski y el Dr. Michael Mrejen de la Facultad de Ciencias Exactas Raymond &Beverly Sackler de TAU y publicada en Avances de la ciencia el 1 de febrero.

La mecánica cuántica es una teoría fundamental en física que describe la naturaleza en las escalas de energía más pequeñas. "Nuestra nueva tecnología de imágenes captura el movimiento de los excitones en un período de tiempo corto y a escala nanométrica, "Dice el Dr. Mrejen." Esta herramienta puede ser extremadamente útil para observar la respuesta de un material en los primeros momentos en que la luz lo ha afectado ".

"Estos materiales se pueden utilizar para ralentizar significativamente la luz para manipularla o incluso almacenarla, que son capacidades muy buscadas para comunicaciones y para computadoras cuánticas basadas en fotónica, "Explica el profesor Suchowski." Desde el punto de vista de la capacidad del instrumento, este tour de force abre nuevas oportunidades para visualizar y manipular la respuesta ultrarrápida de muchos otros sistemas materiales en otros regímenes de espectro, como el rango del infrarrojo medio en el que vibran muchas moléculas ".

Los científicos desarrollaron una técnica de imágenes espaciotemporales única en la escala nanométrica de femtosegundos y observaron la dinámica excitón-polaritón en diselenuro de tungsteno, un material semiconductor, a temperatura ambiente.

El excitón-polaritón es una criatura cuántica engendrada por el acoplamiento de luz y materia. Debido al material específico estudiado, la velocidad de propagación medida fue aproximadamente el 1% de la velocidad de la luz. En esta escala de tiempo, la luz se las arregla para viajar solo varios cientos de nanómetros.

"Sabíamos que teníamos una herramienta de caracterización única y que estos materiales 2D eran buenos candidatos para explorar comportamientos interesantes en la intersección ultrarrápida-ultrapequeña". "Dice el Dr. Mrejen." Debo agregar que el material, diselenuro de tungsteno, es extremadamente interesante desde el punto de vista de las aplicaciones. Sostiene tales estados acoplados de materia ligera en dimensiones muy reducidas, hasta el espesor de un solo átomo, a temperatura ambiente y en el rango espectral visible ".

Los investigadores ahora están explorando formas de controlar la velocidad de las ondas semiconductoras mediante, por ejemplo, combinando múltiples materiales 2D en pilas.