Deskubritu eta mende bat geroago, gizakiak lehen aldiz harrapatu du kitzitoien elektroien orbitaren irudia

Okinawako Zientzia eta Teknologia Institutuko (OIST) ikertzaileek kitzitoiak igorritako fotoelektroien momentu-banaketa neurtu zuten wolframio-diseleniuroaren geruza bakarrean, eta kitzitoietan partikulen barne-orbitak edo banaketa espaziala erakusten duten irudiak hartu zituzten: hau da. zientzilariek orain dela ia mende bat kitzitoia aurkitu zutenetik lortu ezin izan duten helburua.

Eszitonak erdieroaleetan aurkitzen den materiaren egoera kitzikatua dira; material mota hau gailu teknologiko moderno askoren gakoa da, hala nola, eguzki-zelulak, LEDak, laserrak eta telefono adimendunak.

"Ezitonak oso partikula bereziak eta interesgarriak dira; elektrikoki neutroak dira, hau da, materialen portaera oso desberdina dute elektroiak bezalako beste partikula batzuekin alderatuta. Haien presentziak benetan alda dezake materialek argiarekiko erreakzio modua", esan zuen Michael Man doktoreak. OISTko Femtosecond Spectroscopy Group-eko lehen egilea eta zientzialaria. «Lan honek emozioen izaera guztiz ulertzera hurbiltzen gaitu».

Erdieroale batek fotoiak xurgatzen dituenean sortzen dira kitzitonak, eta horrek energia maila baxutik energia maila altu batera jauzi egiten du negatiboki kargatutako elektroiak. Honek energia-maila baxuagoetan kargatutako hutsuneak uzten ditu, zulo izenekoak. Alderantzizko karga duten elektroiek eta zuloek elkar erakartzen dute, eta elkarren inguruan orbitatzen hasten dira, eta horrek kitzitoiak sortzen ditu.

Eszitonak ezinbestekoak dira erdieroaleetan, baina, orain arte, zientzialariek modu mugatuan detektatu eta neurtu ditzakete. Arazo bat hauskortasunean datza: energia nahiko gutxi behar da kitzitoiak elektroi eta zulo libreetan apurtzeko. Horrez gain, naturan iragankorrak dira -material batzuetan, kitzitoiak eratu eta milenen gutxiren buruan itzaliko dira, eta une horretan, elektroi kitzikatuak berriro "erortzen" dira zulora.

"Zientzialariek duela 90 urte inguru aurkitu zituzten lehenengoz kitzitoiak", esan zuen Keshav Dani irakasleak, egile nagusi eta OISTko femtosegundoko espektroskopia taldeko buruak. "Baina duela gutxira arte, jendeak normalean kitzitoien ezaugarri optikoak baino ez zituen lortu; adibidez, kitzitoiak desagertzen direnean igortzen den argia. Haien propietateen beste alderdi batzuk, hala nola momentua, eta elektroiak eta zuloak elkarren artean nola funtzionatzen duten, soilik izan daitezke. Deskribatu teorikotik eratorria."

Hala ere, 2020ko abenduan, OIST Femtosecond Spectroscopy Group-eko zientzialariek Science aldizkarian artikulu bat argitaratu zuten kitzitoietan elektroien momentua neurtzeko teknika iraultzaile bat deskribatzen zuena. Orain, apirilaren 21eko "Science Advances" aldizkarian, taldeak teknologia hori erabili zuen eszitoien zuloen inguruan elektroien banaketa erakusten duten irudiak lehen aldiz harrapatzeko.

Ikertzaileek lehenik eta behin kitzitoiak sortu zituzten bi dimentsioko erdieroale bati laser pultsuak bidaliz, duela gutxi aurkitutako material mota bat, atomo gutxiko lodiera duena eta kitzitoi indartsuagoak dituena. Kitzitoiak eratu ondoren, ikerketa-taldeak energia ultra-altuko fotoidun laser izpi bat erabili zuen kitzitoiak deskonposatzeko eta elektroiak zuzenean materialetik ateratzeko mikroskopio elektronikoko hutseko espaziora. Mikroskopio elektronikoak elektroien angelua eta energia neurtzen ditu materialtik ateratzen diren hegan. Informazio horretatik abiatuta, zientzialariek elektroiak kitzitoien zuloekin konbinatzen direnean hasierako momentua zehaztu dezakete.

"Teknologia honek antzekotasun batzuk ditu talkagailuaren esperimentuarekin energia altuko fisikan. Talkagailuan, partikulak elkarrekin apurtzen dira energia indartsuak, hausten. Talkaren Ibilbidean sortutako barne-partikula txikiagoak neurtuz, zientzialariak piezak egiten has daitezke. batera jatorrizko partikula osoaren barne egitura", esan zuen Dani irakasleak. "Hemen, antzeko zerbait egiten ari gara: argi ultramore muturreko fotoiak erabiltzen ari gara kitzitoiak apurtzeko, eta elektroien ibilbideak neurtzen ari gara barruan dagoena deskribatzeko".

"Hau ez da balentria soila", jarraitu zuen Danik irakasleak. "Kontu handiz egin behar da neurketa -tenperatura baxuan eta intentsitate baxuan kitzitoiak ez berotzeko. Egun batzuk behar izan zituen irudi bat eskuratzeko. Azkenean, taldeak arrakastaz neurtu zuen kitzitoien uhin-funtzioa, eta eman zion The. elektroia zuloaren inguruan kokatu ahal izateko probabilitatea.

"Lan hau aurrerapen garrantzitsua da arlo honetan", esan du Julien Madeo doktoreak, ikerketaren lehen egileak eta OISTeko Femtosecond Spectroscopy Group-eko zientzialaria. "Partikulen barne-orbitak bisualki ikusteko gaitasuna, partikula konposatu handiagoak eratzen dituztelako, eta horri esker, partikula konposatuak aurrekaririk gabeko modu batean ulertu, neurtu eta, azken finean, kontrolatu ditzakegu. Horrek kontzeptu horietan oinarritutako berriak sortzeko aukera ematen digu. Kuantikoa materiaren eta teknologiaren egoera".