《科学》(Science)杂志上描述了这项强大的技术，它可能会彻底改变二维半导体和激子的研究，对未来的技术设备(从太阳能电池、led到智能手机和激光)产生深远影响。
激子是在半导体中发现的物质的激发态，半导体是目前许多技术的关键成分。当半导体材料中的电子被光激发到更高的能态时，就会在电子原先所在的能级上留下一个“空穴”。
资深作者Keshav Dani教授解释说:“空穴是没有电子的，所以带着相反的电荷到电子上。”他领导着冲绳科学技术研究生院(OIST)的飞秒光谱学单元。“这些相反的电荷相互吸引，
杏耀挂机软件 ，电子和空穴结合在一起形成激子，激子可以在整个材料中移动。”
在常规半导体中，激子在产生后不到十亿分之一秒内就会消失。此外，它们可能是“脆弱的”，使它们难以学习和操作。但大约在十年前，科学家发现了二维半导体，其中的激子更健壮。
“强大的激子赋予了这些材料真正独特和令人兴奋的特性，因此世界各地都有很多密集的研究旨在利用它们创造新的光电设备，”共同第一作者Julien Madeo博士说，他是OIST飞秒光谱学单元的科学家。“但目前，用于测量激子的标准实验技术有一个主要的限制。”
目前，研究人员使用光谱学技术——本质上是测量半导体材料吸收、反射或发射的光的波长——来揭示激子的能量状态。但是光谱学只能捕捉到图片的一小部分。
科学家们很早就知道，只有一种被称为亮激子的激子可以与光相互作用。但其他类型的激子也存在，包括动量禁止的暗激子。在这种类型的暗激子中，电子与束缚它们的空穴具有不同的动量，这阻止了它们吸收光。这也意味着暗激子中的电子与亮激子中的电子具有不同的动量。
“我们知道它们的存在，但我们不能直接看到它们，也不能直接探测它们，因此我们不知道它们有多重要，也不知道它们对材料的光电特性有多大影响，”马多奥博士说。
照亮暗激子
为了首次使暗激子形象化，科学家们改进了一项强大的技术，该技术以前主要用于研究单个的、未束缚的电子。
尚不清楚这项技术如何适用于激子，激子是电子被束缚的复合粒子。科学界有很多理论工作在讨论这种方法的有效性，”丹尼教授说。
他们的方法提出，如果一束含有足够高能量的光子的光被用来撞击半导体材料中的激子，光子产生的能量会打破激子并将电子踢出材料。
通过测量电子飞出材料的方向，科学家们就能够确定电子作为激子的一部分时的初始动量。因此，科学家们不仅能够看到，而且能够区分亮的激子和暗的激子。
但是实现这种新技术需要解决一些巨大的技术挑战。科学家们需要用能够分裂激子并将电子踢出材料的高能紫外光子来产生光脉冲。然后，仪器需要能够测量这些电子的能量和角度。此外，由于激子的寿命很短，该仪器的时间尺度必须小于1万亿分之一秒。最后，该仪器还需要足够高的空间分辨率来测量二维半导体样品，这些样品通常只能在微米尺度上获得。
“当我们解决了所有的技术问题，并打开仪器，基本上在我们的屏幕上是激子-这真的很神奇，”共同第一作者迈克尔·曼博士说，他也是来自OIST飞秒光谱部。
研究人员发现，正如预测的那样，半导体材料中同时存在亮的和暗的激子。但令科学家们惊讶的是，他们还发现暗激子在材料中占主导地位，数量超过了亮激子。该团队进一步观察到，在特定条件下，随着被激发电子分散在整个材料中并改变动量，激子可以在亮或暗之间转换。
“暗激子的主导地位以及暗激子和亮激子之间的相互作用表明，暗激子对这类新型半导体的影响比预期的要大，”马多奥博士说。
这项技术是一个真正的突破，杏耀连接”丹尼教授总结道。“它不仅提供了对暗激子的首次观察并阐明了它们的性质，而且开创了激子和其他激发态粒子研究的新时代。”
