Graz Üniversitesi'nden Peter Puschnig liderliğindeki fizikçiler, bir eksitonun kuantum mekaniksel olasılık dağılımını ilk kez deneysel olarak yeniden oluşturdu. Eksiton, bir fotonun yarı iletken ya da yalıtkan içindeki bir elektronu üst enerji bandına çıkarması ve geride pozitif yüklü bir boşluk bırakmasıyla oluşan, elektron ile boşluğun birbirine bağlandığı kısa ömürlü, nötr bir yarı parçacık.
Bu durumlar optoelektronikte ışık hasadının merkezinde yer alıyor; ancak ölçülmeleri son derece zor. Uyarılmış elektronlar pikosaniyeler içinde geri düşüyor ve standart spektroskopi, bu süre içinde parçacığın yörüngesinin uzamsal boyutunu ve momentum profilini aynı anda çözemiyor. Ekip bu sorunu, pompa-prob fotoemisyon spektroskopisini momentum mikroskobuyla birleştiren ve femtosaniye ölçeğinde çözünürlük sunan zaman çözünürlüklü fotoemisyon orbital tomografisi (trPOT) ile aştı. 2,35 eV enerjili çok kısa bir lazer darbesi, alfa-sekstiyofen adlı organik yarı iletkende eksitonları oluşturuyor; 21,7 eV enerjili, doğrusal polarize ikinci bir darbe ise elektronları koparıyor. Kopan elektronların enerjisi ve yönü ölçülerek kuantum mekaniksel durum çıkarılabiliyor; iki darbe arasındaki gecikme değiştirilerek de eksitonun oluşumundan sonraki farklı anlara ait görüntüler elde ediliyor.
Sonuç şöyle: sekstiyofen filmlerindeki eksiton başlangıçta yaklaşık 1,5 nanometre, yani kabaca üç molekül boyunca yayılıyor ve oluşumundan sonraki 400 femtosaniye içinde boyutunun yaklaşık dörtte birini kaybediyor. Puschnig, "Bunu özellikle heyecan verici kılan şey, yalnızca bir enerji ya da yaşam süresi ölçmememiz; eksitonun kuantum mekaniksel dalga fonksiyonuna, uzamsal yapısı ve fazı dahil, erişim kazanmamız" diyor.
Physical Review X'te yayımlanan çalışma, Marburg Üniversitesi ve Jülich Araştırma Merkezi'ndeki meslektaşlarla yürütüldü. Puschnig en büyük zorluğu, zahmetli deney ile teorinin eşgüdümü olarak tanımlıyor: iyi tanımlanmış moleküler filmler üretmek, bunları vakum valiziyle ultra yüksek vakum altında Jülich'ten Marburg'a taşımak, ultrafast fotoemisyon ölçümlerini yapmak ve verileri yorumlamak için Graz'da yoğun hesaplamalı ab initio hesapları yürütmek. Ekibin sıradaki hedefi, bu görece basit eksitondan daha karmaşık sistemlere geçmek; özellikle de bir fotonun soğurulması ile organik güneş hücresinde kullanılabilir akım üretimi arasındaki kritik adım olan yük ayrışmasına bakmak.
