Вченим вперше вдалося спостерігати наживо за рухом і поведінкою екситонів
Відомо, що экситон є квазичастицей, що складається з вільного електрона, що несе негативний електричний заряд, і електронної дірки, місця в кристалічній решітці, в якому відсутні електрон, і яке має позитивний електричний заряд. Незважаючи на те, що экситон в цілому має нейтральний електричний заряд, він здатний переміщатися всередині кристалічних решіток деяких матеріалів і переносити енергію, яка виділяється при взаємної анігіляції електрона і дірки. Вчені вважають, що такий спосіб перенесення енергії відіграє головну роль у деяких видах сонячних батарей, світловипромінюючих і напівпровідникових приладів.
Протягом останніх десятиліть вченими зроблено дуже багато роботи, були складені фізико-математичні моделі, що описують процеси формування екситонів, їх переміщення і інші аспекти їх поведінки, але нікому з вчених до останнього часу не вдавалося спостерігати безпосередньо за экситонами, вивчаючи їх поведінку і властивості.
"Нам відомо, що рух екситонів лежить в основі принципів роботи безлічі сучасних технологій" - розповідає Гліб Аксельрод (Gleb Akselrod), вчений з Массачусетського технологічного інституту, - "Ефективність роботи таких пристроїв, як фотогальванічні елементи сонячних батарей і світлодіодні джерела світла, безпосередньо пов'язана з рухливістю екситонів у межах матеріалу".
Але екситони дуже довгий час так і залишалися квазічастинками, які існували виключно в теорії, і ось недавно, групі, до складу якої увійшли четверо вчених з Массачусетського технологічного інституту і Міського коледжу в Нью-Йорку, вдалося вперше в історії науки спостерігати безпосередньо за рухом і поведінкою екситонів у різних умовах. "Наш випадок є першим в історії безпосереднім спостереженням за дифузійними процесами, в яких найактивнішу участь беруть екситони" - розповідає Аксельрод, - "Це демонструє нам те, що дифузійні процеси протікають не тільки на поверхні, але і у всьому обсязі матеріалів".
У своїх експериментах учені використовували досить поширений матеріал під назвою тетрацен-А (tetracene-a). Цей матеріал має добре вивчену чітку молекулярну кристалічну структуру, крім того в місці виникнення екситона виникає аномалія, що дозволяє при деяких умовах візуально побачити власне экситон за допомогою звичайних методів оптичної мікроскопії. Але, згідно з інформацією, наданою дослідниками, ця технологія може бути застосована щодо будь-яких прозорих матеріалів або найтонших шарів непрозорих матеріалів.
"Розроблена нами технологія спостереження за экситонами дуже проста і не вимагає використання дорогого обладнання" - розповідає Аксельрод, - "Ми сподіваємося, що нашою технологією, після публікації її подробиць, зможуть скористатися всі зацікавлені особи з академічних і науково-дослідних організацій. Все це дозволить нам побачити абсолютно нові речі, вивчення яких може призвести до суттєвих досягнень в області електроніки, в області екологічно чистої енергетики, і що найголовніше, у справі відтворення процесу штучного фотосинтезу, над реалізацією якого вчені практично безрезультатно б'ються вже багато років".