Хиральность "трионов" открывает новые пути для квантовой оптики
Ученые из Токийского столичного университета обнаружили, что заряженные состояния, состоящие из двух электронов и положительно заряженной дырки (или наоборот) на атомарно тонких рулонах атомов углерода, обладают структурно обусловленной хиральностью при взаимодействии со светом. Хотя было известно, что электронно-дырочные пары, или экситоны, сохраняют хиральность лежащей в их основе нанотрубки, физики показали, что добавление заряда для создания "трионов" не меняет это свойство. В своей работе, опубликованной в журнале Nature Communications, учёные демонстрируют новые способы применения углеродных нанотрубок в оптоэлектронных устройствах следующего поколения.
Рис. Насколько хиральны трионы? Было обнаружено, что заряженные состояния, состоящие из двух электронов и одной дырки, или двух дырок и одного электрона, обладают той же хиральностью, что и экситоны на той же одностенной углеродной нанотрубке, что открывает путь к электрическому управлению круговым дихроизмом. Источник: Токийский столичный университет.
Лево- и правосторонние углеродные нанотрубки могут содержать экситоны — пары отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных дырок, которые сами по себе демонстрируют круговой дихроизм в зависимости от хиральности нанотрубки. Экситоны на углеродных нанотрубках представляют особый интерес для практического применения, поскольку они стабильны при комнатной температуре.
Однако они представляют собой лишь верхушку айсберга для всего спектра состояний, которые могут быть созданы. Например, к парам может быть добавлен электрон или дырка, что приводит к образованию заряженного "триона". Хотя трионы потенциально полезны, оставался ключевой вопрос: повлияет ли добавление дополнительной заряженной частицы на их хиральные свойства, в частности, сохранится ли «структурно обусловленная» хиральность исходного экситона.
Генерируя трионы с помощью электрохимии, физики смогли количественно определить их круговой дихроизм с беспрецедентной точностью. Измерения показали, что хиральность трионов соответствует хиральности экситонов, из которых они были образованы, что точно отражает хиральность лежащей в их основе одностенной углеродной нанотрубки. Было также установлено, что степень хиральности примерно такая же, как у исходных экситонов.
Поскольку трионы легко создаются путем инжекции электронов или дырок в одностенные углеродные нанотрубки, это открывает путь к электрическому управлению степенью их взаимодействия с циркулярно поляризованным светом. Это может привести к появлению новых перспективных технологий, таких как усиление, обнаружение и модуляция света.
