Joshua Lui (izquierda), Erfu Liu (centro), y Jeremiah van Baren. Crédito:UCR / Stan Lim
Un equipo de investigación internacional dirigido por científicos de la Universidad de California, Orilla, ha observado la emisión de luz de un nuevo tipo de transición entre valles electrónicos, conocidas como transmisiones intervalley.
La investigación proporciona una nueva forma de leer la información del valle, potencialmente conduciendo a nuevos tipos de dispositivos.
La tecnología de semiconductores actual utiliza carga electrónica o giro para almacenar y procesar información; las tecnologías asociadas se denominan electrónica y espintrónica, respectivamente. Algunos semiconductores contienen valles de energía local en su estructura de banda de electrones que pueden usarse para codificar, proceso, y almacenar información, dando lugar a un nuevo tipo de tecnología llamada valleytronics.
"Valleytronics proporciona una ruta alternativa para diseñar sistemas de información además de la electrónica convencional y la espintrónica, "dijo Chun Hung" Joshua "Lui, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía de UC Riverside, que dirigió la investigación sobre las transiciones de intervalo en diselenuro de tungsteno monocapa (WSe 2 ). "Nuestro nuevo trabajo puede acelerar el desarrollo de Valleytronics".
WSe monocapa 2 es un material valleytronic prometedor porque posee dos valles con características dinámicas opuestas en la estructura de la banda. Es más, este material puede interactuar fuertemente con la luz, prometiendo aplicaciones Valleytronic ópticamente controlables.
Excitaciones
Cuando monocapa WSe 2 absorbe un fotón, un electrón ligado puede liberarse en un valle, dejando atrás una vacante de electrones, o agujero. Como el agujero se comporta como un electrón con carga positiva, el electrón y el agujero pueden atraerse entre sí para formar un estado ligado llamado excitón. Qué excitación con su electrón y su agujero en el mismo valle, se llama excitón intravalle. La investigación actual de excitones en semiconductores de valle monocapa se centra predominantemente en excitones intravalle, que puede emitir luz.
Un electrón y un agujero en valles opuestos también pueden formar un excitón, llamado un excitón de intervalo, que es un componente novedoso en Valleytronics. La ley de la conservación del impulso, sin embargo, prohíbe que un electrón y un agujero en valles opuestos se recombinen directamente para emitir luz. Como resultado, Los excitones de intervalo son "oscuros" y están ocultos en el espectro óptico.
El equipo de investigación liderado por la UCR ahora ha observado la emisión de luz de los excitones de intervalo en WSe monocapa 2 . El equipo descubrió que, aunque los excitones de intervalo son intrínsecamente oscuros, pueden emitir una cantidad significativa de luz con la ayuda de defectos o vibraciones de celosía en el material.
"La dispersión con defectos o vibraciones reticulares puede compensar el desajuste de momento entre un electrón y un agujero en valles opuestos, ", Dijo Lui." Nos permite observar la emisión de luz de los excitones de intervalo ".
"Aunque el proceso implica la dispersión con defectos o vibraciones reticulares, la emisión de luz de intervalo está polarizada circularmente, "dijo Erfu Liu, investigador postdoctoral en el laboratorio de Lui y primer autor del trabajo de investigación. "Esta polarización circular de la luz nos permite identificar la configuración del valle del excitón. Esta configuración del valle ópticamente legible es crucial para hacer que los excitones de intervalo sean útiles para las aplicaciones valleytronic".
Triones
Además de los excitones, monocapa WSe 2 también alberga triones, que constan de dos electrones y un hueco o dos huecos y un electrón. Trions también tiene configuraciones de valle bien definidas para aplicaciones Valleytronic. En comparación con los excitones de carga neutra, el movimiento de los triones puede ser controlado por un campo eléctrico debido a su carga eléctrica neta.
Un trion generalmente puede decaer a través de dos caminos. Por ejemplo, para un trion que consiste en un par electrón-hueco dentro del valle y un hueco en el valle opuesto para desintegrarse, el electrón puede optar por recombinarse con el agujero del mismo valle o con el agujero del valle opuesto. Esto da lugar a dos trayectorias de desintegración de triones diferentes con recombinación de huecos de electrones intravalle e intervalo. La desintegración del trión intravalle se ha estudiado mucho, pero hasta ahora no se ha informado de la desintegración del trión del intervalo.
El equipo liderado por la UCR ha mostrado por primera vez un decaimiento del trion de intervalo.
"Aunque un trión puede decaer a través de la descomposición intravalley o intervalley, las dos transiciones tienen la misma energía y apenas se pueden distinguir en el espectro óptico, "Dijo Lui." Pero cuando se aplica un campo magnético, las energías de las transiciones intravalle e intervalo se volverán diferentes ".
El equipo llevó a cabo los experimentos en el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Tallahassee, Florida. Muestran las trayectorias de desintegración intravalley e intervalley de los triones.
"Nuestros resultados proporcionan una imagen multitrayecto de la dinámica trion en monocapa WSe 2 , "dijo Jeremiah van Baren, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Lui, que comparte la misma autoría con Liu. "Se basan en la descripción de ruta única existente de triones en materiales 2-D y son clave para promover la ciencia y la tecnología Valleytronic basadas en triones".
El trabajo de investigación, publicado en Cartas de revisión física , se titula "Recombinación óptica de trayectos múltiples de excitones oscuros de intervalo y triones en WSe monocapa 2 . "Otros dos equipos de investigación dirigidos por científicos del Instituto Politécnico Rensselaer y la Universidad de Washington informaron recientemente de resultados relacionados.
