리서치 하이라이트

다차원 푸리에 변환 광학분광광도계를 이용한 다중 엑시톤 분석

Nature 466, 7310

반도체 내에 있는 대전된 입자들 간의 장기적인 상호작용은 다체 효과(many-body effect)를 일으키며 광학전기적인 응용 분야에서 많은 관심과 중요성을 가지고 있는 현상이다. 엑시톤 상태(exciton state)는 전자(electron)와 정공(hole)이 쌍을 이루고 있는 상태로써 지금까지 많은 연구가 진행되었지만 셋 또는 그 이상의 대전된 입자를 포함하는 엑시톤 상태의 특징에 대해서는 거의 밝혀진 바가 없기 때문에 실험적으로 관찰하기 위한 도전과제가 되고 있다. Daniel Turner와 Keith Nelson은 다차원 푸리에 변환 광학 분광광도계(multidimensional Fourier transform optical spectroscopy)라고 불리는 분광광도계 기술을 이용하여 갈륨 비소 나노 구조체(gallium arsenide nanostructure)에서 이중 엑시톤과 삼중 엑시톤, 그리고 비 결합 상호작용을 관찰할 수 있었다. 저자들이 개발한 장비는 7개의 광 필드의 기하학(geometry), 일시적인 지연(temporal delay), 그리고 광학적 상(optical phase)을 동시에 조절하는 것이 가능하다. 이번 연구는 삼중 엑시톤이 존재할 수 있는지 알 수 없었기 때문에 그 자체로 흥미로운 결과였다. 저자들은 또한 이러한 반도체 시스템에서는 사중 엑시톤 상태가 존재하지 않는다는데 대한 명확한 증거를 제시하였다.