Bilim Adamları Eksitonları İlk Kez Nikel Oksit İçerisinde Buldular
Fotoğraf : Fotoğraf elektron mikroskobu kullanarak elde edilmiştir.
Ural Federal Üniversitesi’nden Rus bilim adamları ve Rus Bilimler Akademisi Ural Bölümü’nün Metal Fizik Enstitüsü’nden meslektaşları nikel oksit nanokristallerin temel özelliklerini incelemiş ve ışık absorbsiyon kenarında ilk kez eksitonları bulmuşlardır. Bir eksiton bir kristalde göç eden ve içerisindeki enerjiyi ileten elektrostatik etkileşim ile bağlanmış bir elektron deliği çiftidir. Bu alandaki bir eksitonun varlığı, izin verilen enerji bantlarında kenar parametrelerinin detaylı bir şekilde araştırılmasına olanak sağlamaktadır. Bu durum gelecek nesil optoelektronik cihazların geliştirilmesine katkıda bulunabilir. Çalışmanın sonuçları Physica B: Physics of Condensed Matter dergisinde yayınlanmıştır.
Sıvılar ve belirli koşullar altında gazlar iletkenler ve dielektrikler olarak ayrılmaktadırlar. Bunlardan sırasıyla ilki elektriği iletirken ikincisi iletmez. Yarıiletkenler ise bu iki grubun arasında kalmaktadırlar ve bu malzemelerin iletkenlikleri kristal içerisindeki boşluklar ve yüklü elektronların hareketlerinden dolayı oluşur. Yüksek enerjili ışık ile ışınımlanma sonrası hem elektronları alabilen hem de elektronları salabilen safsızlıklarla birlikte sistemlerde bulunmaktadırlar.
Makalenin ortak yazarı ve UrFU’ daki bilimsel bir laboratuarın başkanı olan Anatoly Zatsepin’ e göre yarıiletkenlerin fiziğinde ışık adsorbsiyonunun kenar enerji seviyesini gösteren bir temel adsorbsiyon kenarı tanımı bulunmaktadır. Işık etkisi altında valans bandından iletkenlik bandına, elektronun enerjisi ile izlemek zorunda olduğu olduğu yol enerji aralığı tanımına karşılık gelmektedir. Bu aralıkta meydana gelen pozitif yüklü boş alanlar delik olarak adlandırılır. İletkenlik bandında bulunan elektron ile bu alanların elektrostatik etkileşimi bir elektron deliği çiftinin veya eksitonun oluşmasına sebep olmaktadır. Bu oluşum optik spektrumda temel adsorbsiyon kenarının biraz aşağısında dar bir çizgi olarak görülebilmektedir. Bir eksiton açık bir şekilde elektriksel iletkenliğe katkı yapmamaktadır fakat absorblanan enerjiyi aktarmaktadır.
Eksitonları bağ enerjilerinin çok düşük olmasından dolayı bu oluşumların düzenli bir şekilde kaydedilebilmesi için sıcaklığın düşük olması gerekmektedir. Kısa dalga boyuna sahip ışığa maruz kaldıktan sonra, elektron deliği çifti çok fazla uyarılma sonucu çökmektedir. Aşırı enerji kendisini radyasyon şeklinde açığa vurmaktadır ve bu durumun spektrumu kaydedilebilir. Eksitonlar nano boyutlu nikel oksit kristallerinde bu şekilde bulunmuşlardır. Bunu gibi bir sistem yüksek etkileşime sahiptir yani başka bir deyişle parçalar arasındaki etkileşim çok güçlüdür. Araştırma ekibi düşük sıcaklıklarda temel adsorpsiyon kenarını incelemiş ve sıcaklık yükselirken yoğunluğun azaldığı çizgiler bulmuşlardır.
Elde edilen veriler enerji değerlerinin yanı sıra eksitonun doğası hakkında bilgi vermektedir. Bilim adamları ayrıca az miktar nikel katkısına sahip magnezyum oksit nano kristallerinin temel özellikleri üzerine de çalışmalar yapmışlardır. Bu durumda eksitonlar, ana bileşenin valans bandından karışım alanına elektronların yani negatif yükün geçişi sırasında oluşmaktadırlar. Delik elektron tarafından oluşturulmuş elektrostatik bir alanla bağlanmıştır. Eksitonların taranması yarı iletkenlerin valans bandı ile iletkenlik bandı arasında yer alan sınır alanın karmaşık yapısının incelenmesi için hassas bir yöntemdir.
Anatoly Zatsepin’e göre ilk olarak eksitonlar, nikel oksit ve magnezyum oksit içerisindeki safsızlık adsorpsiyon kenarındaki temel adsorpsiyon sınırında yük aktarımı ile bulunmuştur. Bu sonuçlar, yüksek etkileşimli oksitlerin bant yapısını inceleyen teorik fizik alanındaki uzmanların ilgisini çekebilir. NiO, uzun zamandan beri bu tür oksitlerin prototipi olarak düşünülmüştür ve bu nesne kullanılarak birçok hesaplama şeması test edilmiştir. Sonuçlar ayrıca yeni optoelektronik cihazların geliştirilmesi için de faydalı olabilir.
Kaynak : phys.org
