Como una onda Las oscilaciones colectivas de electrones conocidas como "plasmones" son muy importantes para determinar las propiedades ópticas y electrónicas de los metales.

En materiales 2-D atómicamente delgados, los plasmones tienen una energía que es más útil para aplicaciones, incluyendo sensores y dispositivos de comunicación, que los plasmones que se encuentran en los metales a granel. Pero determinar cuánto tiempo viven los plasmones y si su energía y otras propiedades pueden controlarse a nanoescala (mil millonésimas de metro) ha eludido a muchos.

Ahora, como se informa en la revista Comunicaciones de la naturaleza , un equipo de investigadores codirigido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab), con el apoyo del Centro para el Estudio Computacional de Fenómenos del Estado Emocionado en Materiales Energéticos (C2SEPEM) del Departamento de Energía, ha observado plasmones de larga duración en una nueva clase de dicalcogenuro de metal de transición (TMD) conductor llamado "cristales cuasi 2-D".

Para comprender cómo operan los plasmones en cristales cuasi 2-D, los investigadores caracterizaron las propiedades tanto de los electrones no conductores como de los electrones conductores en una monocapa del disulfuro de tantalio TMD. Los estudios anteriores solo analizaron la conducción de electrones. "Descubrimos que era muy importante incluir cuidadosamente todas las interacciones entre ambos tipos de electrones, "dijo el director de C2SEPEM, Steven Louie, quien dirigió el estudio. Louie también tiene títulos como científico principal de la facultad en la División de Ciencias de los Materiales en Berkeley Lab y profesor de física en UC Berkeley.

Los investigadores desarrollaron nuevos algoritmos sofisticados para calcular las propiedades electrónicas del material, incluyendo oscilaciones de plasmones con longitudes de onda largas, "ya que se trataba de un cuello de botella con los enfoques computacionales anteriores, "dijo el autor principal Felipe da Jornada, quien era investigador postdoctoral en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab en el momento del estudio. Jornada es actualmente profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Stanford.

Para sorpresa de los investigadores, Los resultados de los cálculos realizados por la supercomputadora Cori en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética (NERSC) de Berkeley Lab revelaron que los plasmones en TMD cuasi 2-D son mucho más estables, hasta aproximadamente 2 picosegundos, o 2 billonésimas de segundo, de lo que se pensaba anteriormente.

Sus hallazgos también sugieren que los plasmones generados por TMD cuasi 2-D podrían mejorar la intensidad de la luz en más de 10 millones de veces. abriendo la puerta a la química renovable (reacciones químicas provocadas por la luz), o la ingeniería de materiales electrónicos que pueden ser controlados por luz.

En estudios futuros, los investigadores planean investigar cómo aprovechar los electrones altamente energéticos liberados por tales plasmones al desintegrarse, y si pueden usarse para catalizar reacciones químicas.