Los semiconductores son omnipresentes en la tecnología moderna y funcionan para permitir o impedir el flujo de electricidad. Para comprender el potencial de los semiconductores bidimensionales para las futuras tecnologías informáticas y fotovoltaicas, investigadores de las universidades de Göttingen, Marburg y Cambridge investigaron el vínculo que se forma entre los electrones y los huecos contenidos en estos materiales.
Utilizando un método especial para romper el enlace entre electrones y huecos, pudieron obtener información microscópica sobre los procesos de transferencia de carga a través de una interfaz semiconductora. Los resultados fueron publicados en Science Advances .
Cuando la luz incide sobre un semiconductor, su energía es absorbida. Como resultado, los electrones cargados negativamente y los huecos cargados positivamente se combinan en el semiconductor para formar pares, conocidos como excitones. En los semiconductores bidimensionales más modernos, estos excitones tienen una energía de enlace extraordinariamente alta.
En su estudio, los investigadores se propusieron el reto de investigar el agujero del excitón.
Como explica el físico y primer autor Jan Philipp Bange de la Universidad de Göttingen:"En nuestro laboratorio investigamos mediante espectroscopia de fotoemisión cómo la absorción de luz en materiales cuánticos conduce a procesos de transferencia de carga. Hasta ahora nos hemos concentrado en los electrones que son parte del par electrón-hueco, que podemos medir con un analizador de electrones. Hasta ahora no teníamos ninguna forma de acceder directamente a los agujeros. Por eso nos interesaba la cuestión de cómo caracterizarlos. sólo el electrón del excitón sino también su hueco."
Para responder a esta pregunta, los investigadores, dirigidos por el Dr. Marcel Reutzel y el profesor Stefan Mathias de la Facultad de Física de la Universidad de Göttingen, utilizaron un microscopio especial para fotoelectrones en combinación con un láser de alta intensidad. En el proceso, la ruptura de un excitón provoca una pérdida de energía en el electrón medido en el experimento.
Reutzel explica:"Esta pérdida de energía es característica de diferentes excitones, dependiendo del entorno en el que interactúan el electrón y el hueco". En el estudio actual, los investigadores utilizaron una estructura que consta de dos semiconductores atómicamente delgados diferentes para demostrar que el agujero del excitón se transfiere de una capa semiconductora a la otra, de forma similar a una célula solar. El equipo del profesor Ermin Malic de la Universidad de Marburg pudo explicar este proceso de transferencia de carga con un modelo para describir lo que sucede a nivel microscópico.
Mathias dice:"En el futuro queremos utilizar la firma espectroscópica de la interacción entre electrones y huecos para estudiar nuevas fases en materiales cuánticos en escalas de tiempo y longitud ultracortas. Estos estudios pueden ser la base para el desarrollo de nuevas tecnologías y Espero contribuir a esto en el futuro."
Más información: Jan Philipp Bange et al, Sondeo de las correlaciones de Coulomb entre huecos y electrones en el panorama de excitones de una heteroestructura de semiconductores retorcidos, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi1323
Información de la revista: Avances científicos
Proporcionado por la Universidad de Göttingen
