یک تیم تحقیقاتی به بررسی رفتار اگزایتون‌های به‌دام افتاده در چاه‌های کوانتومی پرداخته و انرژی اتصال آن‌ها را محاسبه کردند. دستاوردهای آن‌ها برای تولید ادوات اپتوالکترونیک قابل استفاده است.
مطالعه‌ی رفتار اگزایتون‌های به‌دام افتاده در چاه‌های کوانتومی
محققان آزمایشگاه ملی لوس‌آلموس و دانشگاه رایس موفق به ارائه‌ی دستاوردی در حوزه‌ی خواص الکترونیک ادوات کوانتومی شدند که می‌تواند روی توسعه‌ی سامانه‌های اپتوالکترونیک مبتنی بر پروسکیت تأثیرگذار باشد. این گروه تحقیقاتی به مطالعه‌ی رفتار اگزایتون‌های به‌دام افتاده در چاه‌های کوانتومی از جنس ترکیبات پروسکیتی مبتنی بر هالید پرداختند. آن‌ها نشان دادند که چگونه می‌توان انرژی اتصال اگزایتون‌ها را تعیین کرد و همچنین موفق شدند چشم‌انداز تازه‌ای برای طراحی مواد نیمه‌هادی ایجاد کنند.
ادوات اپتوالکترونیک مبتنی بر چاه کوانتومی پروسکیتی نور را در مقیاس کوانتومی کنترل می‌کنند که این کار در مقیاس‌های کمتر از ۱۰۰ نانومتر اتفاق می‌افتد. چنین فرآیندی قوانینی متفاوت از قوانین مکانیک کلاسیک دارد. دانشمندان معتقداند که هر کاری برای افزایش کارایی ادوات اپتوالکترونیک می‌تواند تأثیرات زیادی به‌همراه داشته باشد.
آدیات موهیتی از محققان آزمایشگاه لوس‌آلموس می گوید: «درک طبیعت اگزایتون‌ها و ارائه‌ی قانونی عمومی برای انرژی اتصال اگزایتون، اولین گام ضروری برای طراحی ادوات اپتوالکترونیک نظیر پیل‌های خورشیدی، لیزر و شناساگرهاست.»
در مطالعات پیشین، محققان نشان دادند که می‌توان رزونانس اگزایتون‌ها و حاملین آزاد را درون لایه‌های پروسکیتی تنظیم کرد. این کار با تغییر ضخامت اتمی انجام شد. دانشمندان در ادامه به بررسی چاه‌های کوانتومی در میدان مغناطیسی ۶۰ تسلا پرداختند تا جرم اگزایتون‌ها را به‌صورت مستقیم پیمایش کنند؛ چیزی که برای مدل‌سازی اگزایتون‌ها و درک انتقال انرژی در مواد پروسکیتی دوبعدی ضروری است. آن‌ها نمونه‌های آزمایشی را در دمای بسیار پایین، میدان مغناطیسی بالا و نور پلاریزه قرار دادند.
دانشمندان در ادامه نمونه‌ها را با طیف‌سنج نوری مورد مطالعه قرار داده و نتایج آن را با مدل‌سازی کامپیوتری مقایسه کردند. آن‌ها دریافتند که جرم اگزایتون‌ها در چاه‌های کوانتومی پروسکیتی که تا ۵ لایه ضخامت دارند، دو برابر بیشتر از مقدار محاسبه شده در حالت سه‌بعدی است. آن‌ها همچنین دریافتند که با کاهش ضخامت به ۵ لایه (۳٫۱ نانومتر) انرژی اتصال میان الکترون و حفره کاهش می‌یابد، اما هنوز بیشتر از ۱۰۰ میلی الکترون‌ولت است؛ بنابراین قابل استفاده در دمای اتاق است. از این نتایج می‌توان برای تولید ادوات نشر نور با کارایی بالا که رنگ قابل تنظیم دارند استفاده کرد.
نتایج این پروژه در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده‌است.
