Физики провели визуализацию волновых функций экситонов в монослое диселенида вольфрама с помощью измерения импульсов у выбитых из них электронов. Для определения импульсов электронов они применяли технику фотоэлектронной спектроскопии с угловым и временным разрешением. Исследование опубликовано в Science Advances, доступен также препринт.

Экситонами называют связанные состояния электронов и дырок, то есть незаполненных вакансий в спектре электронных состояний в кристалле, которые можно описывать как квазичастицы. Экситоны проявляются как корреляция состояний электрона, который был возбужден светом и переведен из валентной зоны в зону проводимости, и дырки, которая осталась после этого в валентной зоне. С их помощью физики изучают разнообразные физические явления такие, как бозе-конденсацию, топологические изоляторы и сверхтекучесть.

Взаимодействие между электроном и дыркой похоже на притяжение между ядром и электроном. В частности, волновые функции частиц в экситоне демонстрируют те же угловые зависимости, что и волновые функции электронов в атомах. Однако, несмотря на многолетнюю историю экспериментального исследования экситонов методами спектроскопии, сканирующей туннельной микроскопии и электронной микроскопии, физикам не удавалось измерить их волновые функции ни в координатном, ни в импульсном представлениях.

Коллаборация физиков из Японии, Индии и США под руководством Кешав Дани (Keshav Dani) из Окинавского института науки и технологий попробовала визуализировать волновую функцию электронов, формирующих экситон, измеряя свойства электронов, выбиваемых импульсом света в диапазоне экстремального ультрафиолета с энергией фотонов, равной 21,7 электрон-вольт.