Los materiales bidimensionales (2D) con propiedades físicas únicas, como fuertes interacciones luz-materia, perfil atómicamente delgado y rápida recombinación de portadores, podrían ofrecer una plataforma intrigante para investigar dispositivos optoelectrónicos en física fundamental. Por lo tanto, es urgente encontrar materiales 2D favorables que mejoren el rendimiento del dispositivo.

El emergente telurio 2D monoelemental (Te) es una nueva opción intrigante. Este material, con una estructura de cadena helicoidal única, tiene características prometedoras, como una banda prohibida dependiente de la capa, una movilidad extraordinariamente alta del portador, una fuerte respuesta óptica y una buena estabilidad al aire.

En un nuevo artículo publicado en Light:Science &Application , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Qingli Zhou del Laboratorio Clave de Optoelectrónica de Terahercios, Ministerio de Educación, y el Centro de Innovación Avanzada de Beijing para Teoría y Tecnología de Imágenes, Departamento de Física, Universidad Normal Capital, Laboratorio Nacional de Física de la Materia Condensada de Beijing, Instituto de Física de la Academia China de Ciencias, China, y sus compañeros de trabajo han desarrollado moduladores THz basados ​​en Te para promover con éxito el rendimiento del dispositivo a niveles óptimos y aplicables entre los moduladores de banda ancha totalmente 2D existentes.

Los investigadores descubrieron que las nanopelículas de Te pueden alcanzar una alta profundidad de modulación en una escala de tiempo de picosegundos y mostrar una respuesta ultrasensible bajo baja excitación de la bomba. Combinado con el diseño de heteroestructura totalmente 2D y la ingeniería de sustrato, se puede lograr la optimización de parámetros del dispositivo. Por lo tanto, su heterounión fabricada con el orden de apilamiento de Ge/Te exhibe una profundidad de modulación ultraalta y una vida útil de portadora de corta duración, acompañadas de propiedades de baja pérdida y amplio ancho de banda.

Otros experimentos de fotorespuesta muestran el obvio efecto de rectificación en Ge/Te debido a la barrera de la interfaz. Para explorar el impacto significativo observado del orden de apilamiento, el equipo calculó la dirección del campo eléctrico inducido por el sustrato y descubrió su inusual mecanismo de interacción en la dinámica de los portadores fotoexcitados asociada con la transferencia de carga y la recombinación de excitones entre capas.

Sus resultados podrían proporcionar una comprensión más completa sobre el mecanismo interno de transferencia de carga ultrarrápida y la dinámica de excitones en heteroestructuras totalmente 2D, guiar el diseño de heterointerfaces e imaginar una nueva clase de pérdida de inserción baja, alta velocidad y eficiencia energética. Dispositivos fotónicos THz sintonizables de banda ancha.

Los moduladores de THz de alto rendimiento se centran en la nanopelícula de Te y sus heterouniones para resolver el problema del equilibrio entre profundidad y velocidad de modulación. Además, han descubierto que el orden de apilamiento de los materiales tiene una influencia obvia en la propiedad de modulación. El cálculo y el análisis aclaran que el campo efectivo del sustrato diseña la estructura de banda de la interfaz heterogénea a través del orden de apilamiento y, por lo tanto, se pueden regular los comportamientos transitorios ópticos.

"Presentamos nanopelículas 2D Te con una estructura única como una nueva clase de moduladores THz controlados ópticamente y demostramos que sus heterouniones integradas pueden mejorar con éxito el rendimiento del dispositivo a niveles óptimos y aplicables entre los moduladores de banda ancha totalmente 2D existentes.

"Más mediciones de la fotorespuesta confirman el impacto significativo del orden de apilamiento. Primero aclaramos la dirección del campo eléctrico inducido por el sustrato a través de cálculos de primeros principios y descubrimos el mecanismo de interacción inusual en la dinámica del portador fotoexcitado asociado con la transferencia de carga y la recombinación de excitones entre capas. .

"Nuestros resultados obtenidos muestran que las heterouniones vdW totalmente 2D basadas en Te con la ingeniería de sustrato pueden mejorar notablemente el rendimiento del dispositivo y abrir una nueva idea para el diseño, optimización y aplicación de moduladores de THz altamente eficientes controlados ópticamente", afirma los investigadores.

"Creemos que los resultados de este trabajo no sólo son de gran interés en un nivel fundamental, sino que también ofrecen orientación para el futuro diseño y desarrollo de moduladores THz de alto rendimiento basados ​​en nanomateriales funcionales", afirmaron los científicos.