Вперше в світі дослідники отримали зображення, що показує внутрішні орбіти складових ексітон частинок - електрона і дірки.
Ці квазічастинки, що складаються з електрону та дірки, визначають властивості напівпровідників та інших матеріалів. Вони утворюються і руйнуються дуже швидко, але вчені тепер змогли дослідити їх детальніше, відобразивши траєкторію руху електронів всередині них
Ексітони утворюються, коли напівпровідники поглинають фотони, що змушує негативно заряджені електрони «перескакувати» на більш високі енергетичні рівні. Через такий перескок утворюються дірки - квазічастинки, які являють собою позитивно заряджені області простору на місці електрона. протилежно заряджені електроситони і дірки притягуються і починають обертатися навколо одного, навколо одного.
Екситони визначають деякі важливі властивості напівпровідників, але досі у вчених був дуже обмежений набір методів для дослідження цих квазічастиць, одна з проблем полягає в їх крихкості - навіть невелика кількість енергії, отримане ззовні, здатне перетворити ексітон назад на електрон і дірку. ці частинки нестабільні за своєю природою - в деяких матеріалах ексітони руйнуються приблизно через кілька тисячних наносекунди після утворення, коли електрони повертаються у вихідний енергетичний стан.
Але в новому дослідженні фізики все ж змогли зловити ці невловимі частинки і докладно вивчити їх. Для цього автори опромінювали короткими лазерними імпульсами почесний напівпровідник. Цей не так давно відкритий клас матеріалів, згідно з попередніми роботами, здатний генерувати більш стабільні ексітони. Після генерації квазічастинок вчені використовували лазерний промінь з фотонами надвисокої енергії, щоб зруйнувати їх і направити електрони з товщі матеріалу прямо в камеру електронного мікроскопа.
Електронний мікроскоп вимірював енергію і кут, під яким рухалися електрони, що вилітають з матеріалу. З цієї інформації вчені змогли визначити початковий імпульс частинки, коли вона була пов'язана з діркою всередині ексітона. Зрештою авторам вдалося виміряти хвильову функцію ексітону, яка показує ймовірність перебування електрона в певній частині простору всередині квазічастинки.
Дослідження опубліковано в журналі Science Advances.