_ Măsurarea „găurilor” de exciton: Informații despre transferul de sarcină la interfețele subțiri atomice dintre semiconductori

Semiconductorii sunt omniprezente în tehnologia modernă, lucrând fie pentru a permite, fie pentru a preveni fluxul de electricitate. Pentru a înțelege potențialul semiconductorilor bidimensionali pentru viitoarele tehnologii informatice și fotovoltaice, cercetătorii de la Universitățile din Göttingen, Marburg și Cambridge au investigat legătura care se formează între electronii și găurile conținute în aceste materiale.

Folosind o metodă specială pentru a rupe legătura dintre electroni și găuri, aceștia au reușit să obțină o perspectivă microscopică asupra proceselor de transfer de sarcină printr-o interfață semiconductoare. Rezultatele au fost publicate în Science Advances.

Când lumina strălucește pe un semiconductor, energia acestuia este absorbită. Ca rezultat, electronii încărcați negativ și găurile încărcate pozitiv se combină în semiconductor pentru a forma perechi, cunoscute sub numele de excitoni. În cei mai moderni semiconductori bidimensionali, acești excitoni au o energie de legare extraordinar de mare.

În studiul lor, cercetătorii și-au propus provocarea de a investiga gaura excitonului.

După cum explică fizicianul și primul autor Jan Philipp Bange de la Universitatea din Göttingen, „În laboratorul nostru, folosim spectroscopia de fotoemisie pentru a investiga modul în care absorbția luminii din materialele cuantice duce la procese de transfer de sarcină. Până acum, ne-am concentrat pe electronii care fac parte din perechea electron-gaură, pe care o putem măsura folosind un analizor de electroni. Până acum, nu am avut nicio modalitate de a accesa direct găurile în sine. Așadar, ne-a interesat întrebarea cum am putea caracteriza nu doar electronul excitonului, dar și gaura acestuia.”

Pentru a răspunde la această întrebare, cercetătorii, conduși de dr. Marcel Reutzel și profesorul Stefan Mathias de la Facultatea de Fizică a Universității Göttingen, au folosit un microscop special pentru fotoelectroni. în combinație cu un laser de mare intensitate. În acest proces, ruperea unui exciton duce la o pierdere de energie în electronul măsurat în experiment.

Reutzel explică: „Această pierdere de energie este caracteristică pentru diferiți excitoni, în funcție de mediul în care electronul și gaura interacționează unul cu celălalt”. În studiul actual, cercetătorii au folosit o structură constând din doi semiconductori subțiri atomic diferiți pentru a arăta că gaura excitonului se transferă de la un strat semiconductor la altul, similar cu o celulă solară. Echipa profesorului Ermin Malic de la Universitatea din Marburg a reușit să explice acest proces de transfer de sarcină cu un model pentru a descrie ceea ce se întâmplă la nivel microscopic.

Mathias spune: „În viitor, dorim să folosim spectroscopul. semnătura interacțiunii dintre electroni și găuri pentru a studia faze noi în materiale cuantice la scări ultrascurte de timp și lungime. Astfel de studii pot sta la baza dezvoltării de noi tehnologii și sperăm să contribuim la acest lucru în viitor."

(Fluierul)