_ Diamantele sunt Cel mai bun prieten al unui cip: Cercetările determină efectele spin-orbita asupra complexelor excitonilor

Pe lângă faptul că sunt „cel mai bun prieten al unei fete”, diamantele au aplicații industriale largi, cum ar fi în electronica solidă. Noile tehnologii urmăresc să producă cristale sintetice de înaltă puritate care devin semiconductori excelente atunci când sunt dopate cu impurități ca donatori de electroni sau acceptori ai altor elemente.

Acești electroni suplimentari – sau găuri – nu participă la legăturile atomice, dar uneori se leagă. la excitoni — cvasi-particule constând dintr-un electron și o gaură de electroni — în semiconductori și alte materiale condensate.

Dopajul poate provoca modificări fizice, dar modul în care complexul de exciton — o stare legată a două găuri încărcate pozitiv. și un electron încărcat negativ – manifestările în diamante dopate cu bor au rămas neconfirmate. Există două interpretări contradictorii ale structurii excitonului.

O echipă internațională de cercetători condusă de Universitatea din Kyoto a determinat acum magnitudinea interacțiunii spin-orbita în excitonii legați de acceptor într-un semiconductor.

„Am depășit limita de rezoluție energetică a măsurătorilor convenționale de luminescență observând direct structura fină a excitonilor legați în diamantul albastru dopat cu bor, folosind absorbția optică”, spune liderul echipei Nobuko Naka de la Școala de Științe din KyotoU.

„Am emis ipoteza că, într-un exciton, două găuri încărcate pozitiv sunt legate mai puternic decât o pereche de electroni și găuri”, adaugă primul autor Shinya Takahashi. „Această structură de exciton legată de acceptor a dat două triplete separate printr-o divizare a orbitei de spin de 14,3 meV, susținând ipoteza.”

Luminescența rezultată din excitația termică poate fi folosită pentru a observa stări de înaltă energie, dar acest lucru metoda actuală de măsurare lărgește liniile spectrale și estompează diviziunea ultrafină.

În schimb, echipa lui Naka a răcit cristalul de diamant la temperaturi criogenice, obținând nouă vârfuri pe spectrul de absorbție a ultravioletelor profunde, în comparație cu cele patru obișnuite folosind luminescență. . În plus, cercetătorii au dezvoltat un model analitic care include efectul spin-orbita pentru a prezice pozițiile energetice și intensitățile de absorbție.

„În studiile viitoare, luăm în considerare posibilitatea de a măsura absorbția în câmpuri externe, ceea ce duce la divizarea și validarea ulterioară a liniilor datorită modificărilor de simetrie”, spune Julien Barjon de la Universitatea Paris-Saclay.

„Rezultatele noastre oferă informații utile asupra interacțiunilor spin-orbita în sisteme dincolo de materialele în stare solidă, cum ar fi atomice și fizica nucleară. O înțelegere mai profundă a materialelor poate îmbunătăți performanța dispozitivelor cu diamant, cum ar fi diodele emițătoare de lumină, emițătorii cuantici și detectoarele de radiații", notează Naka.

Lucrarea este publicată în revista Physical Review. Scrisori.

(Fluierul)