Изследователи от университета на Питсбърг са първите, открили фундаменталната частица от взаимодействието на светлината и веществото в метал – екситон.
Човечеството използва отражението на светлината от метално огледало в продължение на хилядолетия, но квантовомеханичното вълшебство на това добре известно на всички явление се разкрива едва сега.
Учените описват физичните явления от гледна точка на взаимодействието между полета и частици. Когато светлината (електромагнитно поле) се отразява от метално огледало, тя разклаща свободните електрони в метала (частици) и като следствие ускорените електрони създават почти идеално копие на падащата светлина (отражение).
Класическата теория на електромагнетизма дава добро разбиране на този процес, но на учените не достигало квантовомеханично описание на това как светлината възбужда електроните.
Хрвое Петек, професор от катедрата по физика и астрономия в Школата за изкуства и науки „Кенет П. Дитрих“, заедно с екип физици и химици от Питсбъргския университет и Института по физика в Загреб, подготвил отчет за това как светлината и материята си взаимодействат на повърхността на сребърен кристал. Учените за първи път наблюдавали екситон в метал.
Екситоните (частици на взаимодействието на светлината и веществото, при които фотоните стават временно „заплетени“ с електроните в молекулите и полупроводниците), както е известно, се явяват принципно важни в такива процеси като фотосинтезата на растенията и оптичната комуникация – основа за интернет и кабелната телевизия.
Оптичните и електронните свойства на металите образуват екситони, които продължават не повече от 10 атосекунди (една атосекунда се равнява на милиардна част от наносекундата, или една милиардна от милиардната от секундата). Краткият им живот затруднява учените да изучават екситони в металите, но също така позволява да се отразява светлина, която се явява почти точно копие на падащата светлина.
Петек и екипът му открили експериментално, че повърхностните електрони на кристалите сребро могат да поддържат екситонно състояние 100 пъти по-дълго от обикновените нескъпоценни метали, което позволило експериментално да се захванат екситони в металите на наскоро разработена техника.
Способността да се откриват екситони в металите хвърля светлина върху това как се преобразува светлината в електрическа и химическа енергия в растенията и слънчевите батерии, а в бъдеще това може да позволи на металите да функционират в качеството на активни елементи в оптичната връзка. С други думи, това може да позволи да се контролира отразяването на светлина от метала.
Изследването е публикувано в сп. Nature Physics.
