Sunday, 20/10/2019 | 9:35 UTC+2
ХОРОШИеНОВОСТИ

Предложена экспериментальная схема наблюдения новой квазичастицы

Сотрудники Лаборатории естественных наук (США) разработали экспериментальную схему для наблюдения новой квазичастицы, названной фонитоном.

По определению авторов, фонитон представляет собой суперпозицию долгоживущего локализованного фонона (кванта колебательного движения атомов кристалла) и возбуждения среды. Аналогом фонитона можно считать другую составную квазичастицу — экситонный поляритон, образующийся при взаимодействии фотона с экситоном, связанным состоянием электрона и дырки. В полупроводниках экситон создаётся при поглощении кванта света, а затем аннигилирует, излучая фотон; если эти события происходят в резонаторе с отражающими поверхностями, который захватывает фотон и позволяет ему непрерывно воссоздавать электронно-дырочную пару, исследователи получают искомый экситонный поляритон.

Фонитон также должен наблюдаться в полупроводнике, но, как уже было сказано, имеет другой состав: место фотона в нём занимает фонон. Это изменение, разумеется, отражается и на экспериментальной методике.

Для создания фонитонов американцы предлагают использовать образцы кремния с введёнными в них атомами донорной примеси (скажем, фосфора), которые отдают кристаллу электрон, локализующийся на небольшом участке решётки размером в несколько нанометров. При определённой степени деформации — «растяжения» или «сжатия» — решётки легированного кремния основное и первое возбуждённое состояния дополнительного электрона окажутся разнесены на несколько миллиэлектронвольт. Фонон с такой энергией сможет перевести электрон в возбуждённое состояние, и возврат частицы в основное состояние будет сопровождаться испусканием аналогичного фонона.

Чтобы продлить взаимодействие фонона с электроном, физики планируют изготовить оригинальный резонатор — полупроводниковую структуру, в центре которой будет находиться слой легированного кремния толщиной около 10 нм, сравнимой с длиной волны фонона, имеющего нужную энергию. Над и под активной областью должны лежать кремний-германиевые слои с разными соотношениями двух элементов, подобранными таким образом, чтобы отражать фононы. Выращивание кремния на SiGe-основе, которая отличается чуть увеличенными межатомными расстояниями, позволит «растянуть» его решётку.

Возможно, полупроводниковые структуры такого типа пригодятся при создании квантовых компьютеров. Что-то более определённое о применении фонитонных состояний можно будет сказать после того, как описанную схему реализуют на практике.

По материалам: Американского физического общества

Написать комментарий

Ваш емейл публиковаться не будет *

Популярная новость

Новость к чаю