En matériaux solides, lorsqu'un électron change de position sans qu'un autre ne remplisse sa place, un « trou » chargé positivement peut apparaître qui est attiré par l'électron d'origine. Dans des situations plus complexes, le processus peut même aboutir à des amas stables de plusieurs électrons et trous, dont les comportements dépendent tous les uns des autres. Étrangement, les masses de chaque particule à l'intérieur d'un amas peuvent être différentes de leurs masses lorsqu'elles sont seules. Cependant, les physiciens ne savent pas encore tout à fait comment ces variations de masse peuvent affecter les propriétés globales des amas dans les solides réels. Grâce à une étude publiée dans EPJ B , Alexei Frolov à l'Université de Western Ontario, Canada, révèle que le comportement d'un type d'amas à trois particules présente une relation distincte avec le rapport entre les masses de ses particules.

Les amas d'électrons et de trous sont déjà connus pour affecter l'absorption de la lumière par les semi-conducteurs, qui sont désormais des composants clés de nombreuses technologies modernes. Les recherches de Frolov pourraient améliorer considérablement notre compréhension de ces matériaux importants, et cela peut également permettre aux chercheurs de mieux expliquer les petits détails de leurs spectres optiques et infrarouges. Dans son étude, Frolov a considéré un amas contenant deux électrons avec des masses ordinaires, et un trou pouvant varier entre une et deux masses d'électrons. Par ses calculs, des comportements distinctifs ont émergé qui ont montré des relations claires avec le rapport entre la masse de ce trou plus lourd, et celle de chaque électron plus léger.

Frolov a basé ses calculs sur les principes de la mécanique quantique, qu'il a utilisé pour dériver une série de formules pour décrire la dépendance de masse des amas de trois particules de manière extrêmement précise. Il espère maintenant que ces formules pourraient être modifiées pour décrire des amas contenant quatre particules ou plus avec des masses variables. Si atteint, cela créerait de nouvelles opportunités pour comprendre et affiner les propriétés des vrais semi-conducteurs dans les recherches futures.