Физики из Киотского университета зарегистрировали появление трионов в полупроводящих углеродных нанотрубках при комнатной температуре

Положительно заряженный трион можно получить из экситона, «прикрепив» к нему дырку. Такая квазичастица напоминает ионизованную молекулу водорода, но связи в трионе менее крепкие: его отличие от двух протонов и электрона в молекуле Н₂⁺ состоит в том, что эффективные массы электрона и дырки практически равны.

Существование трёхчастичных электрон-дырочных комплексов в полупроводниках было предсказано в 1958 году, а экспериментальное подтверждение эта идея получила в конце ХХ века. Однако в нанотрубках трионы ещё не наблюдались.

Успех проведённого опыта обеспечили акцепторные примеси. Полученные легированные нанотрубки исследовались спектроскопическими методами, и при анализе снятых спектров фотолюминесценции и поглощения физики обнаружили дополнительный пик, который отходит от экситонного в область меньших энергий. Соответствующая новому пику энергия не изменялась при использовании разных примесей и варьировании их концентраций. Кроме того, с увеличением концентрации трионный пик становился более выраженным.

Интересно, что упомянутые пики оказались разнесены на очень большое энергетическое «расстояние» — (0,1–0,2) эВ. Учёные связывают это с квантовомеханическим эффектом обменного взаимодействия.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Американского физического общества.