Эрдэмтдийн нээн илрүүлсэн хачирхалтай, мушгирсан электронууд

Нийтлэсэн Б Нямдаваа
2019-03-04
51

Зургийн баруун болон зүүн талд 2 төрлийн ' хираль гадаргуун хэлбэлзэгч бөөм (экситон)' –г харуулав. Тэдгээрийг баруун болон зүүн эргэсэн гэрэл (цэнхэр өнгөөр фотон) үүсгэж байна. Экситон нь гэрэлтэй ижил чиглэлд нүх (хар)-ийг тойрч эргэлдэх электрон (цайвар цэнхэр) –с тогтоно. Электрон болон нүх нь пикосекундээс бага хугацаанд устаж гэрэлтүүлэг, нарны зай, лазер болон дэлгэцийн төхөөрөмжид ашиглаж болох гэрлийг цацруулдаг (фотон-ногоон).

Рутгерсийн их сургуулийн судлаачид болон хамтран ажилладаг физикчид электрон дэлгэц, лазер, нарны зай болон гэрэлтүүлгийг илүү дэвшилтит төвшинд аваачиж болох, гарагуудын хөдөлгөөн шиг тойрон эргэлдэх электронуудын нэгэн өвөрмөц хэлбэрийг нээжээ. АНУ-ын Үндэсний шинжлэх ухааны академийн (United States National Academy of Sciences) бүтээлийн эмхэтгэл-д хэвлэгдсэн уг судалгааны ажилд энэхүү өвөрмөц хэлбэрийг "Хираль (chiral) гадаргуун экситон (хэлбэлзэгч бөөм)" гэж нэрлэдэг бөгөөд бодисын гадаргуу дээр хоорондоо холбогдон мушгиран эргэлдэх бөөмс болон анти-бөөмсөөс тогтдог.Хираль шинж чанар гэж таны баруун, зүүн гар шиг адил тэнцүү, тэгш хэмтэй боловч биетийн толин тусгалтайгаар үл давхцах адил бус чанарыг хэлнэ.

(Хэрэв молекул нь өөрийн толин тусгалтайгаа адил бус байвал хираль молекул, харин өөрийн толин тусгалтайгаа адил байвал хираль биш гэж нэрлэнэ)

Нью-Брансуик дахь Рутгерсийн их сургуулийн Лазер спектерскопын лабораторын профессор Г. Блумбергийн магистрант, үндсэн судлаач Сянси Куний үзэж байгаагаар эрчим ихтэй гэрлийг хатуу биет дээр тусгахад (-) цэнэгтэй электронууд сугаран гарснаар (+) цэнэгтэй нүхнүүд үлдэх үед экситон үүсдэг байна.

Электронууд болон нүхнүүд нь хурдацтай эргэх эрчлүүртэй төстэй. Электронууд нь "эрчилсэн маягаар" нүх рүү ойртож пикосекундээс бага хугацаанд бие биенийгээ устгах бөгөөд "фотолюминесценци" төрлийн гэрлийг ялгаруулдаг. Энэ ололтыг нарны зай, лазер, телевиз болон бусад дэлгэцийн төхөөрөмжүүдэд ашигласан байдаг.

Эрдэмтэд их хэмжээгээр үйлдвэрлэх боломжтой, өнгөлгөө болон тасалгааны температур дахь электроникийн зарим материалд ашиглагддаг Висмутын Селенид кристаллын гадаргуу дээр хираль гадаргуун экситонг нээжээ.

Хэрэглээний шинжлэх ухааны сургуулийн Физик одон орон судлалын тэнхимийн профессор, ахлах судлаач Блумберг хэлэхдээ “Висмут селинед бол муруй гадаргуун (topological) тусгаарлагч гэж нэрлэгдэх квант материалын бүлэгт хамаарах гайхамшигтай нэгдэл" бөгөөд "Тэдгээр нь гадаргуу дээрээ цахилгаан дамжуулалтанд илүү үр дүнтэй байх хэд хэдэн сувгуудтай" гэж хэлсэн байна.

Хираль экситоны (хэлбэлзэгч бөөм) динамик одоогоор төдийлөн сайн тодорхойгүй байгаа бөгөөд эрдэмтэд цаашдын судалгаандаа физик болон химийн процессыг ажиглагддаг хэт хурдан дүрслэл (ultra fast imaging)-ийн аргыг ашиглах сонирхол их байна. Түүнчлэн хираль гадаргуун экситон нь бусад материалууд дээр ч олдох магадлалтай юм.

Цааш судлах: A sea of spinning electrons: Discovery could spawn a wave of new electronic devices

Дэлгэрэнгүй мэдээллийг: H.-H. Kung el al., "Observation of chiral surface excitons in a topological insulator Bi2Se3," PNAS (2019).

www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1813514116

Дэлгэрэнгүйг: https://phys.org/news/2019-02-exotic-spiraling-electrons-physicists.html#jCp

Нийтлэгдсэн хэвлэл: Proceedings of the National Academy of Sciences