Экситоны в металле впервые обнаружены экспериментально

Квантовомеханические аспекты такого обыденного явления, как отражение света в зеркале, все еще недостаточно изучены. При столкновении с зеркалом, свет «взбалтывает» свободные электроны металла, ускорение которых порождает практически идеальную реплику падающего света – его отражение.

Экситоны или частицы взаимодействия света с веществом возникают в результате временного переплетения фотонов с электронами. Известно, что они важны для процесса отражения, а также для фотосинтеза и оптических коммуникаций, однако изучение их функций в металлах затруднено крайне малым временем жизни экситонов, составляющим примерно 100 аттосекунд.

В статье для Nature Physics ученые из Питтсбургского университета рассказали об открытии, сделавшем возможным первое успешное наблюдение промежуточных экситонов в металлах.

Они обнаружили, что электроны на поверхности серебряного кристалла могут сохранять экситонное состояние в 100 и более раз дольше, чем в объеме металла. Именно наличие этих экситонов они смогли подтвердить в эксперименте с использованием инновационной технологии многомерной когерентной спектроскопии.

Это достижение позволяет внести ясность в картину первичного экситонного возбуждения твердых тел. Оно может подсказать способы квантового контроля электронов в металлах, полупроводниках и органических материалах для разработки активных элементов технологий оптических коммуникаций, совершенствования реакций по преобразованию света в солнечных батареях и улучшения разрешения электронной микроскопии по шкале времени.