半导体在当代科技中随处可见，它可以促进或阻断电流的流动。为了了解二维半导体在未来计算机和光伏技术中的应用潜力，哥廷根大学、马尔堡大学和剑桥大学的研究人员对这些材料中电子和空穴之间的结合进行了研究，揭示了电荷如何在半导体之间仅有原子厚度的界面上转移。

超短闪光打破了电子（红色）和空穴（蓝色）之间的结合，从而实现了对原子薄半导体中电荷转移过程的研究。资料来源：Lukas Kroll、Jan Philipp Bange、Marcel Reutzel、Stefan Mathias：《科学进展》，DOI: 10.1126/sciadv.adi1323

通过使用一种特殊的方法破坏电子和空穴之间的结合，他们得以从微观上深入了解半导体界面上的电荷转移过程。相关成果发表在《科学进展》（Science Advances）上。

当光线照射到半导体上时，其能量会被吸收。因此，带负电荷的电子和带正电荷的空穴在半导体中结合成对，形成激子。在最先进的二维半导体中，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一个挑战：研究激子的空穴。

哥廷根大学的物理学家兼第一作者 Jan Philipp Bange 解释说："在我们的实验室，我们使用光发射光谱来研究量子材料对光的吸收如何导致电荷转移过程。迄今为止，我们一直专注于电子-空穴对中的电子，我们可以使用电子分析仪测量这些电子。到目前为止，我们还没有任何方法可以直接获取空穴本身。因此，我们对如何不仅描述激子的电子，还能描述其空穴的特性这一问题很感兴趣"。

为了回答这个问题，哥廷根大学物理系的马塞尔-罗伊策尔博士和斯特凡-马蒂亚斯教授领导的研究人员使用了一种特殊的光电子显微镜和高强度激光。在这一过程中，激子的破裂会导致实验中测得的电子能量损失。

罗伊策尔解释说："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原子厚度的半导体组成的结构，证明激子的空穴从一个半导体层转移到另一个半导体层，类似于太阳能电池。马尔堡大学的埃尔明-马利克教授团队能够通过一个模型来解释这一电荷转移过程，描述微观层面上发生的情况。

马蒂亚斯总结道："未来，我们希望利用电子和空穴相互作用的光谱特征来研究量子材料中超短时间和超长尺度的新阶段。这些研究可以成为开发新技术的基础，我们希望将来能为此做出贡献。"

编译自:ScitechDaily