Физики из Швейцарии, Германии и Франции обнаружили, что акустическими волнами большой амплитуды можно манипулировать оптическим откликом полупроводников. Статья об исследовании была опубликована в журнале Science Advances.

Одной из основных задач в материаловедении является достижение высокой перестраиваемости оптических свойств полупроводников при комнатной температуре. Эти свойства определяются экситонами — квазичастицами, которые представляют собой пары отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных дырок в полупроводнике.

Экситоны приобретают все большее значение в оптоэлектронике, и в последние годы спектр параметров, которые могут управлять их свойствами, расширился. В него входят, например, температура, давление, электрические и магнитные поля. Однако умеренно большие изменения были достигнуты только в равновесных условиях и при низких температурах. Управлять экситонными свойствами в диапазоне температур и давлений, применимых в реальной жизни, до сих пор не получалось.

Сделать это удалось физикам из Федеральной политехнической школы Лозанны, Института структуры и динамики материи Общества Макса Планка и Университета Ле Мана. Они научились управлять экситонными свойствами с помощью акустических волн. Для этого исследователи запустили высокочастотную (сотни гигагерц) волну с большой амплитудой в материале, используя ультракороткие лазерные импульсы. Эта стратегия также позволяет осуществлять динамическую манипуляцию экситонными свойствами с высокой скоростью.

Свои исследования ученые проводили при комнатной температуре на диоксиде титана — дешевом и хорошем полупроводнике, который используется в самых разнообразных технологиях преобразования световой энергии, таких как фотовольтаика, фотокатализ и прозрачные проводящие подложки.

«Результаты нашего исследования открывают очень интересные перспективы для таких приложений, как дешевые акустооптические устройства или сенсорные технологии, — говорит автор исследования, сотрудник Федеральной политехнической школы Лозанны Маджед Черги. — Использование высокочастотных акустических волн, генерируемых сверхкороткими лазерными импульсами, в качестве схем управления экситонами открывает новую эру для акустоэлектроники и «активной экситоники», аналогичной активной плазмонике, которая связана с использованием возбуждения плазмонов в металлах».