В ходе совместного исследовании коллектива физиков Калифонийского университета в Сан-Диего и Манчестерского университета (Великобритания) созданы новые материалы, упрощающие манипулирование экситонами — парами из электрона и дырки, связанных вместе электростатическими силами. Они открывают возможность создания оптоэлектронных компонентов, работающих при комнатных температурах.

Предшествующая работа этого группы была связана со структурами на основе арсенида галлия (GaAs), распространённого материала в полупроводниковой индустрии. Но изготовленные из него экситонные устройства имели фундаментальное ограничение: они не могли работать при температурах выше 100 кельвин, что исключало коммерческие приложения.

Поставив цель, заставить устройства функционировать при комнатных температурах, физики обратились к структурам, скомпонованным из многих слоёв 2D-материалов — дисульфида молибдена и гексагонального нитрида бора — каждый толщиной в атом.

«В наших структурах особой конструкции экситоны более плотно связываются вместе, благодаря чему способны существовать при комнатной температуре, когда экситоны GaAs разрываются на части», — рассказала Эрика Кальман (Erica Calman), аспирант UC San Diego и первый автор статьи, появившейся в Applied Physics Letters.

Особенно интересно, что такие экситоны могут формировать особое квантовое состояние — конденсат Бозе-Эйнштейна. Оно возникает в сверхтекучих жидкостях и позволяет потокам частиц перемещаться без потерь энергии. Англо-американская команда наблюдала такой экситонный феномен при криогенных температурах в арсениде галлия.

«Мы поставили цель доказать, что можем контролировать излучение нейтральных и заряженных возбуждений напряжением, температурой или энергией лазера, и смогли это продемонстрировать», — заключила Кальман.