Двумерные (2D) материалы, такие как диселенид молибдена (MoSe₂), становятся важными для изучения экзотических квазичастиц, например экситонов — связанных состояний, возникающих при переходе электрона на более высокий энергетический уровень. Исследователи из Университета Хериота-Уотта обнаружили два экситонных состояния в двухслойном MoSe₂, включая квадрупольные экситоны, которые можно контролировать с помощью электрических и магнитных полей.
В статье, опубликованной в Physical Review Letters, авторы описывают, как они использовали спектроскопию отражения для изучения изменений в оптическом поглощении материала под воздействием различных полей. Одно из состояний проявляло необычное поведение: его энергия изменялась квадратично в зависимости от электрического поля, что соответствовало теоретической модели квадрупольного экситона.
Эти результаты расширяют понимание экситонных взаимодействий в двумерных материалах и могут способствовать развитию оптоэлектроники и квантовых технологий. Исследователи планируют продолжить изучение экситонных комплексов в двухслойных материалах для моделирования многочастичных квантовых явлений и управления ими с помощью внешних полей.
Экзитоны в двухслойном полупроводнике MoSe₂. Схематическое изображение различных типов экситонных комплексов (то есть электронно-дырочных пар, связанных кулоновскими силами) в естественно сформированном двухслойном полупроводнике MoSe₂. Красные и чёрные сферы обозначают электроны и дырки соответственно, а эллипсоиды иллюстрируют пространственное распределение соответствующих экситонных комплексов. Оранжевые эллипсоиды обозначают внутрислойные экситоны, в которых и электрон, и дырка находятся в пределах одного монослоя. Синие эллипсоиды изображают дипольные межслойные экситоны, в которых электроны привязаны к определённому слою, а волновая функция дырки делокализована по обоим слоям, что приводит к возникновению суммарного статического дипольного момента, ориентированного либо «вверх», либо «вниз» в зависимости от положения электрона.
Зелёные эллипсоиды изображают квадрупольные межслойные экситоны, которые возникают в результате гибридизации противоположно ориентированных дипольных экситонов, что приводит к исчезновению суммарного дипольного момента, но не нулю квадрупольного момента. Автор: Мауро Бротонс-Гисберт.
Дополнительная информация: Shun Feng et al, Quadrupolar and Dipolar Excitons in Bilayer 2H−MoSe2, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.166901
Источник: https://phys.org/news/2025-05-distinct-exciton-states-2h-stacked.html