测量激子“空穴”：深入了解半导体之间原子薄界面的电荷转移

半导体在现代技术中无处不在，其作用是实现或阻止电流流动。为了了解二维半导体在未来计算机和光伏技术中的潜力，哥廷根大学、马尔堡大学和剑桥大学的研究人员研究了这些材料中电子和空穴之间建立的键

通过使用一种特殊的方法来破坏电子和空穴之间的键，他们能够从微观上深入了解半导体界面上的电荷转移过程。研究结果发表在《科学进展》杂志上

当光照射在半导体上时，其能量被吸收。因此，带负电的电子和带正电的空穴在半导体中结合形成对，称为激子。在最现代的二维半导体中，这些激子具有极高的结合能。

在他们的研究中，研究人员为自己设定了研究激子空穴的挑战

正如哥廷根大学的物理学家兼第一作者Jan Philipp Bange所解释的那样，“在我们的实验室中，我们使用光电发射光谱来研究量子材料中光的吸收如何导致电荷转移过程。到目前为止，我们已经将注意力集中在电子-空穴对中的电子上，我们可以使用电子分析仪进行测量。到目前，我们还没有任何方法直接访问空穴本身。因此，我们对如何不仅表征激子的电子，还表征其空穴的问题感兴趣。”

为了回答这个问题，由Marcel Reutzel博士和Stefan Mathias教授领导的研究人员在哥廷根大学物理学院将一种特殊的光电子显微镜与高强度激光相结合。在这个过程中，激子的分解导致实验中测量的电子能量损失

Reutzel解释道，“这种能量损失是不同激子的特征，取决于电子和空穴相互作用的环境。”在目前的研究中，研究人员使用了一种由两种不同的原子薄半导体组成的结构，以表明激子的空穴从一个半导体层转移到另一个，类似于太阳能电池。马尔堡大学的Ermin Malic教授的团队能够用一个模型来解释这种电荷转移过程，该模型描述了微观层面上发生的事情

Mathias说：“未来，我们希望利用电子和空穴之间相互作用的光谱特征，在超短时间和长度尺度上研究量子材料中的新相。这些研究可以成为新技术发展的基础，我们希望在未来为此做出贡献。”