Representación artística que muestra las capas retorcidas de diseleniuro de tungsteno (arriba) y disulfuro de molibdeno (abajo). Después de la excitación con luz, se forman una multitud de excitones ópticamente "oscuros" entre las capas. Estos excitones "oscuros" son pares electrón-hueco unidos por la interacción de Coulomb (esferas claras y oscuras conectadas por líneas de campo), que no se pueden observar directamente con luz visible. Una de las cuasipartículas más interesantes es el "excitón intercapa muaré", que se muestra en el centro de la imagen, en el que el agujero se encuentra en una capa y el electrón en la otra. La formación de estos excitones en la escala de tiempo de femtosegundos y la influencia del potencial de Moiré (ilustrado por picos y valles en las capas) se investigaron en el estudio actual utilizando microscopía de momento de fotoemisión de femtosegundos y teoría mecánica cuántica. Crédito:Brad Baxley, Part to Whole, LLC
Un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Göttingen ha observado, por primera vez, la acumulación de un fenómeno físico que desempeña un papel en la conversión de la luz solar en energía eléctrica en materiales 2D. Los científicos lograron hacer visibles las cuasipartículas, conocidas como excitones oscuros de la capa intermedia de Moiré, y explicaron su formación utilizando la mecánica cuántica. Los investigadores muestran cómo una técnica experimental recientemente desarrollada en Göttingen, la microscopía de impulso de fotoemisión de femtosegundos, proporciona conocimientos profundos a nivel microscópico, que serán relevantes para el desarrollo de tecnología futura. Los resultados fueron publicados en Nature .
Las estructuras atómicamente delgadas hechas de materiales semiconductores bidimensionales son candidatas prometedoras para futuros componentes en electrónica, optoelectrónica y fotovoltaica. Curiosamente, las propiedades de estos semiconductores se pueden controlar de una manera inusual:al igual que los ladrillos de Lego, las capas atómicamente delgadas se pueden apilar una encima de la otra.
Sin embargo, existe otro truco importante:mientras que los ladrillos de Lego solo pueden apilarse en la parte superior, ya sea directamente o torcidos en un ángulo de 90 grados, el ángulo de rotación en la estructura de los semiconductores puede variar. Es precisamente este ángulo de rotación el que resulta interesante para la producción de nuevos tipos de células solares. Sin embargo, aunque cambiar este ángulo puede revelar avances para nuevas tecnologías, también genera desafíos experimentales.
De hecho, los enfoques experimentales típicos solo tienen acceso indirecto a los excitones de la capa intermedia muaré, por lo tanto, estos excitones se denominan comúnmente excitones "oscuros". "Con la ayuda de la microscopía de impulso de fotoemisión de femtosegundos, logramos hacer visibles estos excitones oscuros", explica el Dr. Marcel Reutzel, líder del grupo de investigación junior en la Facultad de Física de la Universidad de Göttingen. "Esto nos permite medir cómo se forman los excitones en una escala de tiempo de una millonésima de millonésima de milisegundo. Podemos describir la dinámica de la formación de estos excitones utilizando la teoría mecánica cuántica desarrollada por el grupo de investigación del profesor Ermin Malic en Marburg. "
"Estos resultados no solo nos dan una idea fundamental de la formación de excitones oscuros de la capa intermedia de Moiré, sino que también abren una perspectiva completamente nueva para permitir a los científicos estudiar las propiedades optoelectrónicas de materiales nuevos y fascinantes", dice el profesor Stefan Mathias, director del estudio en la Facultad de Física de la Universidad de Göttingen. "Este experimento es innovador porque, por primera vez, hemos detectado la firma del potencial Moiré impreso en el excitón, es decir, el impacto de las propiedades combinadas de las dos capas de semiconductores retorcidos. En el futuro, vamos a estudie más este efecto específico para aprender más sobre las propiedades de los materiales resultantes".
Esta investigación fue publicada en Nature . Semiconductores atómicamente delgados para nanofotónica
