트리온(물리학)

Trion (physics)

트리온은 세 개의 하전 입자들의 결합 상태입니다. 결정에서 음전하를 띤 트리온은 두 개의 전자와 한 개의 구멍으로 구성되어 있고, 양전하를 띤 트리온은 두 개의 구멍과 한 개의 전자로 구성되어 있습니다. 트리온의 결합 에너지는 주로 두 전자(구멍) 사이의 교환 상호작용에 의해 결정됩니다. 음전하를 띤 트리온의 바닥 상태는 단일항(두 전자의 총 스핀 S=0)입니다. 삼중항 상태(두 전자의 총 스핀 S=1)는 추가적인 전위 또는 충분히 강한 자기장이 없는 경우에 결합되지 않습니다.

엑시톤과 마찬가지로 트리온도 광학 여기에 의해 생성될 수 있습니다. 입사한 광자는 엑시톤을 만들고, 이 엑시톤은 추가적인 전자(구멍)와 결합하여 트리온을 만듭니다. 여분의 전자에 대한 엑시톤의 결합 시간은 엑시톤 형성 시간과 같은 순서입니다. 이것이 방출 스펙트럼뿐만 아니라 흡수 및 반사 스펙트럼에서도 트리온이 관찰되는 이유입니다.

트리온 상태는 1958년에 이론적으로 예측되었는데,[1] 1993년에 로널드 콕스와 공동 저자들에 의해 CdTe/CdZnTe1−xx 양자 우물에서 처음으로 실험적으로 관찰되었고,[2] 그 후 다양한 반도체 구조에서 관찰되었습니다.[4][5] 최근에는 양자점 내의 트리온 상태에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다.[7][8][9] 나노튜브에는[10] 이론적 연구가 뒷받침하는 존재에 대한 실험적 증거가 있습니다. [11] 특히 흥미로운 것은 전이 금속 디칼코게나이드의 원자적으로 얇은 2차원(2D) 층에서 트리온에 대한 연구입니다.[13][14] 이러한 재료에서는 스크리닝의 약화로 인해 전하 캐리어 간의 상호 작용이 몇 배로 향상됩니다.

트리온의 중요한 특성은 바닥 상태가 단일선이라는 것입니다. 결과적으로 충분히 큰 자기장에서 모든 전자가 스핀편극된 것처럼 보일 때, 오직 하나의 원형편극의 빛의 작용 아래서 트라이온이 탄생합니다. 이 편광에서 적절한 각운동량을 가진 엑시톤은 삼중항 상태를 형성합니다. 원편광이 반대인 빛은 삼중항 상태만을 형성할 수 있습니다.

결합 상태의 형성 외에도 전자와 엑시톤의 상호 작용은 전자에 의한 엑시톤의 산란을 초래할 수 있습니다. 자기장 안에서 전자 스펙트럼은 불연속적이 되고, 전자에 의해 산란된 엑시톤 상태는 "엑시톤 사이클로트론 공명" (ExCR) 현상으로 나타납니다. ExCR에서 입사 광자는 엑시톤을 만들고, 이것은 추가적인 전자가 란다우 준위 사이를 이동하도록 만듭니다. 그 역과정을 "shak-uo"라고 부릅니다. 이 경우, 트리온의 재결합은 란다우 준위 사이에 추가적인 전자의 전이를 동반합니다.

엑시톤과 트라이온의 에너지는 가깝기 때문에, 트라이온이 전자를 "잃어버리고" 엑시톤이 전자를 "포착"하여 트라이온이 될 수 있는 일관된 결합 상태를 형성할 수 있습니다. 전자가 소멸하기 위한 전자의 손실과 포획 사이에 시간이 없으면 엑시톤-폴라리톤과 유사한 혼합 상태가 형성됩니다. 이러한 상태는 양자 우물과 디칼코게나이드의 단일층에서 안정적으로 관찰되었습니다.

밀도가 높은 전자 기체가 존재하는 상태에서 엑시톤-전자 상호 작용은 소위 "수리스 테트론"을 형성할 수 있습니다. 이것은 페르미해에 있는 엑시톤, 전자, 구멍 네 개의 입자 상태입니다. 비록 트리온의 개념이 대부분의 과학자들에 의해 받아들여지고 있지만, 모든 연구자들이 그것을 인식하는 것은 아닙니다. 어떤 사람들은 그것들이 단순히 결합된 엑시톤이라고 믿습니다.


참고문헌

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