Существование экситонов предсказали при высокой температуре в конденсате Бозе-Эйнштейна
В конденсате Бозе-Эйнштейна все частицы имеют одинаковую энергию — они словно слипаются и начинают вести себя как единое целое.
Нобелевская премия по физике 2001 года была присуждена за реализацию конденсата Бозе-Эйнштейна. Это было впервые достигнуто в атомах рубидия при сверхнизкой температуре в 20 нК (нанокельвин). Ожидается, что такой контроль над состоянием материи позволит реализовать сверхтекучесть.
Учёные предсказали, что конденсат Бозе-Эйнштейна можно получить при температуре от 50 до 100 К в органических двумерных материальных системах. Эта температура на порядки выше, чем та, при которой ранее был получен результат. Частицы, которые конденсируются в системах органических двумерных материалов, представляют собой связанные электронно-дырочные пары (экситоны), которые индуцируются в системе при облучении светом.
Электрон находится в двумерном полупроводнике (дисульфид молибдена, MoS2), а дырка — в органической молекуле (фталоцианин цинка, ZnPc). Пространственное разделение между электроном и дыркой приводит к тому, что время жизни экситона достаточно продолжительное, что критически важно для возникновения конденсата Бозе-Эйнштейна.
Ранее конденсат Бозе-Эйнштейна пытались получить в сдвоенном слое двумерных материалов. Основная практическая трудность в реализации заключалась в необходимости тщательного выравнивания двух слоев материала. Несогласованные слои содержат экситоны с большим импульсом, что препятствует образованию конденсата. В случае систем органических двумерных материалов экситоны имеют очень маленький импульс, что благоприятствует образованию конденсата — всё благодаря узкой полосе пропускания молекулярных состояний.
Исследование опубликовано в Nano Letters.