Sulla base di uno studio delle proprietà ottiche di nuovi semiconduttori ultrasottili, i ricercatori della Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) di Monaco hanno sviluppato un metodo per la caratterizzazione rapida ed efficiente di questi materiali.

Composti chimici a base di elementi che appartengono ai cosiddetti metalli di transizione possono essere lavorati per ottenere cristalli bidimensionali atomicamente sottili costituiti da un monostrato del composito in questione. I materiali risultanti sono semiconduttori con proprietà ottiche sorprendenti. In collaborazione con i colleghi americani, un team di fisici LMU guidati da Alexander Högele ha ora esplorato le proprietà dei semiconduttori a film sottile costituiti da dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD). I ricercatori riportano i loro risultati sulla rivista Nanotecnologia della natura .

Questi semiconduttori mostrano un'interazione straordinariamente forte con la luce e quindi hanno un grande potenziale per applicazioni nel campo dell'optoelettronica. In particolare, gli elettroni in questi materiali possono essere eccitati con luce polarizzata. "La luce polarizzata circolarmente genera portatori di carica che mostrano un movimento circolare sinistro o destrorso. Il momento angolare associato è quantizzato e descritto dal cosiddetto indice di valle che può essere rilevato come polarizzazione di valle, " spiega Högele. In accordo con le leggi della meccanica quantistica, l'indice di valle può essere utilizzato proprio come lo spin della meccanica quantistica per codificare le informazioni per molte applicazioni, inclusa l'informatica quantistica.

Però, recenti studi sull'indice di valle nei semiconduttori TMD hanno portato a risultati controversi. Diversi gruppi in tutto il mondo hanno riportato valori incoerenti per il grado di polarizzazione della valle. Con l'aiuto del loro metodo polarimetrico di nuova concezione e utilizzando monostrati del disolfuro di molibdeno semiconduttore TMD come sistema modello, i ricercatori della LMU hanno ora chiarito le ragioni di queste discrepanze:"La risposta alla luce polarizzata risulta essere molto sensibile alla qualità dei cristalli, e può quindi variare significativamente all'interno dello stesso cristallo, " dice Högele. "L'interazione tra la qualità del cristallo e la polarizzazione della valle ci consentirà di misurare rapidamente ed efficientemente quelle proprietà del campione che sono rilevanti per le applicazioni basate sul grado di libertà quantistico della valle".

Inoltre, il nuovo metodo può essere applicato ad altri semiconduttori monostrato e sistemi costituiti da più materiali diversi. Nel futuro, ciò consentirà di caratterizzare in modo rapido ed economico le funzionalità dei dispositivi basati su semiconduttori atomicamente sottili, come nuovi tipi di LED.