En TU Wien se ha desarrollado un nuevo tipo de diodo emisor de luz. La luz se produce a partir de la desintegración radiativa de los complejos de excitones en capas de unos pocos átomos de espesor.

Cuando las partículas se unen en el espacio libre, normalmente crean átomos o moléculas. Sin embargo, Se pueden producir estados de unión mucho más exóticos dentro de objetos sólidos.

Los investigadores de TU Wien ahora han logrado utilizar esto:se han producido los llamados "complejos de excitones de múltiples partículas" aplicando pulsos eléctricos a capas extremadamente delgadas de material hecho de tungsteno y selenio o azufre. Estos grupos de excitones son estados de enlace formados por electrones y "huecos" en el material y pueden convertirse en luz. El resultado es una forma innovadora de diodo emisor de luz en el que la longitud de onda de la luz deseada se puede controlar con alta precisión. Estos hallazgos ahora se han publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Electrones y huecos

En un material semiconductor, La carga eléctrica se puede transportar de dos formas diferentes. Por un lado, los electrones pueden moverse directamente a través del material de un átomo a otro, en cuyo caso toman carga negativa con ellos. Por otra parte, si falta un electrón en algún lugar del semiconductor, ese punto se cargará positivamente y se denominará "agujero". Si un electrón se mueve hacia arriba desde un átomo vecino y llena el agujero, a su vez deja un agujero en su posición anterior. De esa manera, los agujeros pueden moverse a través del material de manera similar a los electrones, pero en la dirección opuesta.

"Bajo ciertas circunstancias, los agujeros y los electrones pueden unirse entre sí, "dice el profesor Thomas Mueller del Instituto de Fotónica (Facultad de Ingeniería Eléctrica y Tecnología de la Información) en TU Wien." Similar a cómo un electrón orbita el núcleo atómico cargado positivamente en un átomo de hidrógeno, un electrón puede orbitar el agujero cargado positivamente en un objeto sólido ".

Son posibles estados de enlace aún más complejos:los llamados triones, biexcitones o quintones que involucran a tres, cuatro o cinco socios vinculantes. "Por ejemplo, el biexciton es el exciton equivalente de la molécula de hidrógeno H2, "explica Thomas Mueller.

Capas bidimensionales

En la mayoría de los sólidos, tales estados de unión solo son posibles a temperaturas extremadamente bajas. Sin embargo, la situación es diferente con los llamados "materiales bidimensionales, "que constan únicamente de capas delgadas como átomos. El equipo de TU Wien, cuyos integrantes también incluían a Matthias Paur y Aday Molina-Mendoza, ha creado una estructura tipo sándwich inteligentemente diseñada en la que una fina capa de diselenuro de tungsteno o disulfuro de tungsteno se bloquea entre dos capas de nitruro de boro. Se puede aplicar una carga eléctrica a este sistema de capa ultrafina con la ayuda de electrodos de grafeno.

"Los excitones tienen una energía de enlace mucho mayor en los sistemas de capas bidimensionales que en los sólidos convencionales y, por lo tanto, son considerablemente más estables. Los estados de enlace simples que consisten en electrones y huecos se pueden demostrar incluso a temperatura ambiente. los complejos de excitones se pueden detectar a bajas temperaturas, ", informa Thomas Mueller. Se pueden producir diferentes complejos de excitones dependiendo de cómo se suministre energía eléctrica al sistema utilizando pulsos de voltaje cortos. Cuando estos complejos decaen, liberan energía en forma de luz, que es la forma en que el sistema de capas recientemente desarrollado funciona como un diodo emisor de luz.

"Nuestro sistema de capas luminosas no solo representa una gran oportunidad para estudiar excitones, pero también es una fuente de luz innovadora, "dice Matthias Paur, autor principal del estudio. "Por lo tanto, ahora tenemos un diodo emisor de luz cuya longitud de onda se puede influenciar específicamente, y también muy fácilmente, simplemente cambiando la forma del pulso eléctrico aplicado ".