При освещении полупроводника, например кремния, его проводимость повышается. Ученые Массачусетского технологического института нашли полупроводник, в котором происходит противоположное — однослойный дисульфид молибдена трехатомной толщины. Если облучать его интенсивными лазерными импульсами, проводимость уменьшается примерно втрое.

Проводимость обычных полупроводников увеличивается, поскольку в результате поглощения света образуются пары свободных электронов и дырок, за счет которых материал лучше пропускает ток. В тонких кристаллах же, подобных MoS2 трехатомной толщины, сильнее электростатические взаимодействия между носителями заряда, и когда под действием света образуются пары электрон-дырка, они сохраняют устойчивую связь, — формируется экситон. В MoS2 эти взаимодействия настолько сильны, что экситон может присоединить дополнительный свободный электрон — образуется трион. Общий заряд у него такой же, как у электрона, но масса примерно втрое больше. Именно из-за большой массы реакция таких частиц на электрическое поле слабая, из-за чего и снижается проводимость материала.

Обычно трионы — нестабильные частицы с очень кратким сроком жизни, появляющиеся только при низкой температуре, но в однослойном MoS2 трионный эффект такой сильный, что наблюдать его можно и при комнатной. По словам исследователей, открытие может дать возможность создания экситонных элементов, действующих при комнатной температуре и управляемых без проводниковых соединений.

Иллюстрация: Jose-Luis Olivares/MIT