Изучение "Тёмной Стороны" Электроники🖤
- katerinabiryukova
- Oct 13, 2025
- 2 min read
Updated: Oct 14, 2025
🔬🕳Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) недавно изобрели новый способ того, как можно непосредственно наблюдать за поведением «тёмных экситонов (excitons)» в материалах, имеющих толщину в один атом. Экситон - это одна из частиц, изучаемых в квантовой физике, которая образуется когда атому дают энергию.
Это большой рывок вперёд, поскольку понимание и управление этими частицами может усовершенствовать солнечные батареи☀️, датчики🩻, светодиоды💡 и даже сделать возможным решение сложных задач, которые недоступны современным компьютерам (эта технология - квантовые компьютеры📟). Преимущество тёмных экситонов перед другими квантовыми частицами заключается в том, что они более долговечные, что позволяет хранить информацию на протяжении бОльшего промежутка времени🕵⏳️. А также, они меньше подверженны влиянию окружающей среды, например, температуры — это ключ к созданию надежных устройств🌡.
Откуда Берутся Тёмные Экситоны?
(с помощью аналогии с теннисным мячом🥎)
В нейтральном атоме, маленькие отрицательные частицы - электроны - движутся вокруг ядра (центр атома) по орбитам, подобно тому, как планеты в солнечной системе вращаются вокруг Солнца.
Когда свет проникает в этот атом⚡, некоторые электроны находящиеся на самой внешней орбите атома поглощают эту энергию и, как теннисный мячик, "прыгают" на более внешнюю орбиту (на которой ранее не было никаких электронов). Поскольку электрон отрицательный, при "прыжке" он оставляет после себя положительную «дырку (hole)» — представьте себе тень от теннисного мяча.
Эта «дырка» становится привязана к выскочившему из неё электрону (мячу), так как положительные и отрицательные заряды притягиваются. Эта пара называется «экситрон (exciton)».
Следует также отметить, что, в отличие от реальной жизни, наш теннисный мячик может упасть обратно на землю и заслонить свою тень только при определённом условии. Это условие связанно со свойствами электронов (мячей) и дырок (теней): спином и мометном импульса.
Если оба эти свойства у электрона и дырки совпадают, то они рекомбинируются, возвращаются на исходную орбиту (теннисный мячик падает вниз, закрывая собой тень) и излучают СВЕТ = это «яркие экситоны». Однако, если одно или оба этих свойства не совпадают, электрон и дырка не могут скомбинироваться (шар остаётся в воздухе, а не падает) — это «тёмные экситоны».
Именно это несоответствие даёт тёмным экситонам их долговечность и делает их менее подверженными воздействию окружающей среды.
"Суперсилы» Учёных
Последний этап - это способность управлять этими частицами. Здесь вступают учёные с их бесподобными силами. Они могут использовать определённый тип света (циркулярно поляризованный) для создания «ярких экситонов» в определённых точках. Эти яркие экситоны затем становятся разбрасаными в материале, что может привести к изменению импульса электронов. Поскольку теперь электроны и дырки в экситонах имеют разные моменты импульса, они превращаются в тёмные экситоны. Тёмные экситоны более долговечны и, таким образом, могут сохранить информацию.
Куда Дальше Ведёт Эта Дорога "Во Тьме"?
Одной примечательной особенностью подобных открытий является временной интервал, в течение которого происходят все вышеупомянутые процессы: яркие экситоны превращаются в тёмные в течение пикосекунды — это одна триллионная доля секунды! Устройство, способное создавать такие изображения, — это микроскоп TR-APRES (фотоэмиссионная спектроскопия с временным и угловым разрешением).
Хотя существование тёмных экситонов было известно учёным уже давно, в этом году исследователям OIST впервые в истории удалось измерить момент импульса, спин и распределение электронов и дырок в материале единовременно! Это нововведение — большой шаг вперёд для технологий хранения информации. Оно также одна из работ, которая закложит основу «тёмной долинотроники».
Comments