半导体在现代技术中无处不在，可以实现或阻止电流的流动。为了了解二维半导体在未来计算机和光伏技术中的潜力，哥廷根大学、马尔堡大学和剑桥大学的研究人员研究了这些材料中电子和空穴之间建立的键。通过使用特殊方法打破电子和空穴之间的键，他们能够从微观角度了解半导体界面上的电荷转移过程。研究结果发表在 《科学进展》上。

当光照射在半导体上时，其能量被吸收。结果，带负电的电子和带正电的空穴在半导体中结合形成对，称为激子。在最现代的二维半导体中，这些激子具有极高的结合能。在他们的研究中，研究人员给自己设定了研究激子空穴的挑战。正如哥廷根大学的物理学家兼第一作者 Jan Philipp Bange 所解释的那样：“在我们的实验室中，我们使用光发射光谱来研究量子材料中的光吸收如何导致电荷转移过程。到目前为止，我们主要集中在电子是电子空穴对的一部分，我们可以使用电子分析仪进行测量。到目前为止，我们没有任何方法可以直接访问空穴本身。因此，我们对如何表征不不仅仅是激子的电子，还有它的空穴。”

为了回答这个问题，由哥廷根大学物理学院 Marcel Reutzel 博士和 Stefan Mathias 教授领导的研究人员将一种特殊的光电子显微镜与高强度激光结合使用。在此过程中，激子的分裂导致实验中测量的电子能量损失。Reutzel 解释道：“这种能量损失是不同激子的特征，具体取决于电子和空穴相互作用的环境。” 在当前的研究中，研究人员使用了一种由两种不同的原子薄半导体组成的结构，表明激子的空穴从一个半导体层转移到另一半导体层，类似于太阳能电池。马尔堡大学 Ermin Malic 教授的团队能够用模型来解释这种电荷转移过程，以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之间相互作用的光谱特征来研究超短时间和长度尺度下量子材料中的新相。此类研究可以成为新技术开发的基础，我们希望未来能够为此做出贡献。”

这项研究得益于德国研究基金会(DFG)对哥廷根“能量转换的原子尺度控制”和“实验数学”以及马尔堡“内部界面的结构和动力学”合作研究中心的资助。