Al superponer diferentes materiales bidimensionales, Los físicos de la Universidad de Basilea han creado una estructura novedosa con la capacidad de absorber casi toda la luz de una longitud de onda seleccionada. El logro se basa en una doble capa de bisulfuro de molibdeno. Las propiedades particulares de la nueva estructura la convierten en candidata para aplicaciones en componentes ópticos o como fuente de fotones individuales, que juegan un papel clave en la investigación cuántica. Los resultados fueron publicados en la revista científica Nanotecnología de la naturaleza .

Los nuevos materiales bidimensionales son actualmente un tema de investigación candente en todo el mundo. De especial interés son las heteroestructuras de van der Waals, que se componen de capas individuales de diferentes materiales unidos por las fuerzas de van der Waals. Las interacciones entre las diferentes capas pueden dar al material resultante propiedades completamente nuevas.

La doble capa desbloquea propiedades cruciales

Ya existen heteroestructuras de van der Waals que absorben hasta el 100 por ciento de la luz. Las capas simples de bisulfuro de molibdeno ofrecen capacidades de absorción en este rango. Cuando se absorbe la luz, un electrón deja su posición original en la banda de valencia, dejando atrás un agujero cargado positivamente. El electrón se mueve a un nivel de energía más alto, conocida como la banda de conducción, donde pueda moverse libremente.

El agujero resultante y el electrón se atraen entre sí de acuerdo con la ley de Coulomb, dando lugar a pares de electrones-huecos ligados que permanecen estables a temperatura ambiente. Sin embargo, con disulfuro de molibdeno de capa única no hay forma de controlar qué longitudes de onda de luz se absorben. "Es solo cuando se agrega una segunda capa de disulfuro de molibdeno que obtenemos sintonización, una propiedad esencial para fines de aplicación, "explica el profesor Richard Warburton del Departamento de Física y del Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea.

Absorción y sintonización

Trabajando en estrecha colaboración con investigadores en Francia, Warburton y su equipo han logrado crear tal estructura. Los físicos utilizaron una doble capa de disulfuro de molibdeno intercalada entre un aislante y el conductor eléctrico grafeno en cada lado.

"Si aplicamos voltaje a las capas externas de grafeno, esto genera un campo eléctrico que afecta las propiedades de absorción de las dos capas de disulfuro de molibdeno, "explica Nadine Leisgang, estudiante de doctorado en el equipo de Warburton y autor principal del estudio. "Ajustando el voltaje aplicado, podemos seleccionar las longitudes de onda a las que se forman los pares de electrones y huecos en estas capas ".

Richard Warburton agrega, "Esta investigación podría allanar el camino para un nuevo enfoque para desarrollar dispositivos optoelectrónicos como moduladores". Los moduladores se utilizan para cambiar selectivamente la amplitud de una señal. Otra aplicación potencial es la generación de fotones individuales, con importantes implicaciones para la tecnología cuántica.