Le professeur Girsh Blumberg et ses collègues de l’université Rutgers ont découvert une forme exotique d’électrons qui tournent comme des planètes. Appelée excitons de surface chiraux, elle consiste en des particules et des antiparticules liées entre elles et tourbillonnant les unes autour des autres à la surface des solides.
Les deux types d’excitons de surface chiraux se trouvent à droite et à gauche de l’image. Ils sont générés par la lumière à droite et à gauche (photons en bleu). Les excitons sont constitués d’un électron (bleu clair) en orbite autour d’un ‘trou’ (noir) dans la même orientation que la lumière. L’électron et le trou sont annihilés en moins d’un trillionième de seconde, émettant de la lumière (photons en vert) qui pourrait être exploitée pour l’éclairage, les cellules solaires, les lasers et les écrans électroniques. Crédit photo : Hsiang-Hsi (Sean) Kung / Rutgers University-New Brunswick.
Le terme “chiral” fait référence à des entités, comme votre main droite et votre main gauche, qui correspondent mais sont asymétriques et ne peuvent pas être superposées à leur image miroir”, a déclaré Hsiang-Hsi (Sean) Kung, membre de l’équipe et étudiant diplômé de l’université Rutgers.
Les excitons se forment lorsqu’une lumière intense éclaire les solides, chassant les électrons chargés négativement de leur emplacement et laissant derrière eux des “trous” chargés positivement.”
Les électrons et les trous ressemblent à des toupies qui tournent rapidement.
Les électrons finissent par se diriger en spirale vers les trous, s’annihilant mutuellement en moins d’un trillionième de seconde tout en émettant une sorte de lumière appelée photoluminescence.
Cette découverte a des applications pour des dispositifs tels que les cellules solaires, les lasers et les écrans de télévision et autres.
Kung, le professeur Blumberg et leurs co-auteurs ont découvert des excitons chiraux à la surface du séléniure de bismuth (Bi2Se3), qui pourraient être produites en masse et utilisées dans les revêtements et autres matériaux de l’électronique à température ambiante.
Le séléniure de bismuth est un composé fascinant qui appartient à une famille de matériaux quantiques appelés “isolants topologiques””, a déclaré le professeur Blumberg.
“Ils possèdent plusieurs canaux à la surface qui sont très efficaces pour conduire l’électricité”.
La dynamique des excitons chiraux n’est pas encore claire et les physiciens veulent utiliser l’imagerie ultra-rapide pour les étudier davantage.
Les résultats de l’équipe seront publiés dans le bulletin d’information de la Commission européenne. Proceedings of the National Academy of Sciences.
