En un avance significativo para los semiconductores de próxima generación, un equipo de investigación colaborativo ha realizado descubrimientos innovadores en el campo de los semiconductores bidimensionales (2D).
Sus hallazgos, publicados en Nano Letters , arrojan luz sobre la generación y el control de triones, proporcionando información valiosa sobre las propiedades ópticas de estos materiales.
Los semiconductores 2D, conocidos por sus excepcionales características de luz por unidad de volumen con alta flexibilidad debido al espesor de su capa atómica, tienen un inmenso potencial para aplicaciones en áreas como dispositivos flexibles avanzados, nanofotónica y células solares.
El equipo de investigación se centró en aprovechar las propiedades ópticas de los semiconductores 2D, en particular los procesos de generación y recombinación de pares de huecos de electrones, para desarrollar dispositivos emisores de luz y aplicaciones ópticas.
Para controlar activamente la interacción de excitones y triones y analizar las propiedades luminosas en tiempo real, el equipo desarrolló su propio sistema de espectroscopia resonante mejorada con sonda basado en nanocables de oro. Combinando una sola capa de MoSe2 , un semiconductor 2D, con nanocables de oro y un sistema de espectroscopia de resonancia mejorada por sonda, los investigadores crearon una estructura compuesta y una potente plataforma de análisis. De esta manera lograron identificar el principio de generación de triones, que no se conocía hasta ahora.
Los investigadores descubrieron que el modo multipolar de carga eléctrica desempeña un papel importante en la inducción de la conversión de excitones en triones en semiconductores 2D. Con el sistema de espectroscopia de resonancia mejorada por sonda, lograron un análisis en tiempo real de las propiedades de la nanoluz con una resolución espacial excepcional de aproximadamente 10 nm, superando el límite de la difracción de la luz. Esto permitió identificar el principio detrás de la generación de triones y el desarrollo de un control activo reversible sobre la conversión de excitón-trión.
Además, la sonda de oro actuó como una antena, enfocando la luz en un área de tamaño nanométrico y generando termocrones de alta energía. Los electrones generados por este proceso luego se inyectaron en el semiconductor 2D, mejorando aún más el control sobre la generación de triones. Este avance llevó a la propuesta de una novedosa "plataforma de control nanoactiva", que permite un control en tiempo real y de ultra alta resolución sobre el estado de la materia, superando a los equipos de medición tradicionales.
Mingu Kang, el primer autor del estudio, afirmó:"No sólo hemos controlado con éxito excitones y triones, sino que también hemos identificado los principios subyacentes que gobiernan su interacción con plasmones y termotrones". Y añadió:"Creemos que nuestra investigación representará un avance significativo para los investigadores en campos que utilizan excitones y triones, como las células solares y los circuitos integrados fotoeléctricos".
El equipo de investigación estuvo dirigido por el profesor Kyoung-Duck Park y Mingu Kang en el Departamento de Física de POSTECH, el profesor Yong Doug Suh en el Departamento de Química de UNIST, quien al mismo tiempo ocupa el puesto de Director Asociado en el Centro IBS de Materiales de Carbono Multidimensionales. (CMCM) y el profesor Hyun Seok Lee en el Departamento de Física de la Universidad Nacional de Chungbuk.
Más información: Mingu Kang et al, Manipulación a nanoescala de la interconversión de excitón-trión en una monocapa de MoSe2 mediante espectroscopia de cavidad mejorada con punta, Nano letras (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03920
Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan
