Физики впервые засняли возбуждение электрона в полупроводнике

Статья с итогами эксперимента опубликована в журнале Science, коротко о ней пишет Образовач.

В полупроводящих материалах электроны сначала расположены возле ядер атомов не могут передавать электрический ток. Когда на образец попадает свет, или на него воздействуют внешним напряжением, некоторые электроны могут поглотить энергию и изменить состояние, получив возможность перемещаться по материалу.

Для этой трансформации электрон должен пересечь "запрещенную зону" между валентной зоной и зоной проводимости.В последней частицы становятся способны двигаться по материалу, что создает электрический ток. В случае кремния это позволяет выпускать транзисторы, которые сейчас лежат в основе всей цифровой электроники.

Читайте также в разделе Наука:

• Темным фотонам удалось скрыться от физиков
• Рецепт борьбы с троллями от Эйнштейна. Опубликована переписка молодого физика
• Физики изобрели идеальную смазку

Физики изучали процессы, при которых электроны переходят через запрещенную зону. Для этого ученые в качестве "фотоаппарата" применили лазер, который умеет генерировать аттосекундные вспышки света (1 аттосекунда = 10^-18 секунды).

Кристалл кремния поначалу освещали вспышками видимого лазера, а после - рентгеновским излучением в несколько десятков аттосекунд. Вспышки делали "фото" процесса возбуждения, который сам по себе протекает не дольше 450 аттосекунд. Данные анализировались на суперкомпьютере.

Традиционно физики рассматривали возбуждение полупроводника светом как процесс из двух стадий. В первой электроны поглощают свет и возбуждаются, причем кристаллическая решетка не получает влияния. После она перестраивается в ответ на перераспределение электронов - часть поглощенной энергии переходит в движение атомов, порождая акустическую колебательную волну. Эксперимент подтвердил теорию.

Исследование открывает новые горизонты в анализе взаимодействия света с материей.