Crédito:Universidad Ludwig Maximilian de Munich
Las capas ultrafinas de diselenuro de tungsteno tienen aplicaciones potenciales en optoelectrónica y tecnologías cuánticas. Los investigadores de LMU ahora han explorado cómo este material interactúa con la luz en presencia de fuertes campos magnéticos.
Debido a sus asombrosas y versátiles propiedades, Las formas de monocapa y bicapa atómicamente delgadas de dicalcogenuros de metales de transición semiconductores han despertado un gran interés en los últimos años. Hasta ahora se ha prestado mayor atención a las propiedades ópticas de estos materiales, tales como sulfuro de molibdeno (MoS) y diselenuro de tungsteno (WSe 2 ). Estos compuestos son muy prometedores como elementos a nanoescala para aplicaciones en tecnologías optoelectrónicas y cuánticas.
En un nuevo estudio, Los físicos de LMU dirigidos por Alexander Högele ahora han desarrollado un modelo teórico, que describe los efectos de los campos magnéticos sobre el comportamiento de los excitones en dicalcogenuros de metales de transición ultrafinos bidimensionales. Los excitones son cuasipartículas fuertemente unidas, compuesto por un electrón en la banda de conducción y su contraparte con carga positiva en la banda de valencia denominada agujero. En presencia de fuertes campos magnéticos, los estados de energía de tales cuasipartículas (es decir, las frecuencias a las que emiten y absorben luz) se dividen. Esta división espectral se puede medir experimentalmente y, lo que es más importante en el contexto actual, también se puede predecir teóricamente.
En el estudio, el equipo enfrió muestras monocapa y bicapa de WSe 2 a la temperatura del helio líquido de unos pocos grados Kelvin. Luego, los investigadores utilizaron espectroscopía óptica para medir los espectros de emisión en función del campo magnético hasta 9 Tesla y determinaron la división inducida por el campo. "Medidas como esta son útiles para estudiar excitones, que a su vez determinan la interacción luz-materia de los semiconductores, "Explica Högele.
Ya se sabía que los excitones se pueden formar en diferentes configuraciones. Además de los excitones brillantes, que se acoplan directamente a la luz, el emparejamiento de electrones y huecos puede producir excitones de oscuridad de espín y de momento oscuro. Hasta ahora, no ha sido posible asignar de manera concluyente las firmas observadas en los espectros de emisión a estas diferentes especies de excitones. En presencia de campo magnético, sin embargo, los picos de emisión individuales exhiben divisiones espectrales características. "Esta división se puede utilizar para discriminar entre los distintos tipos de excitones, "dice Högele, "pero solo si tenemos el modelo teórico acorde". El equipo de LMU desarrolló una teoría para calcular desde primeros principios la división espectral para los diferentes tipos de excitones en monocapa y bicapa WSe 2 sometido a campo magnético, y comparó sus predicciones teóricas con los datos experimentales.
Los resultados proporcionan una mejor comprensión de las propiedades optoelectrónicas de WSe 2 y dicalcogenuros de metales de transición relacionados donde los excitones representan la interfaz principal para que la luz interactúe con la materia a nanoescala. Capas ultrafinas de WSe 2 servir como banco de pruebas para las explotaciones tecnológicas del acoplamiento de materia luminosa en dispositivos optoelectrónicos, incluidos fotodetectores y emisores o dispositivos fotovoltaicos. "Estos materiales ultrafinos son mecánicamente flexibles y extremadamente compactos, ", dice Högele. También son potencialmente viables para las tecnologías cuánticas, ya que albergan valles como grados cuánticos de libertad que pueden servir como qubits, las unidades básicas de procesamiento de información en computadoras cuánticas.
