(a) Misure di fotoluminescenza (PL) che mostrano la transizione da eccitonico a liquido elettron-hole (EHL) e l'aumento dell'intensità di picco. (b) Spostamenti di bandgap calcolati dovuti alla deformazione del campione (riferito a K-VB). Il riquadro mostra l'adattamento della deformazione rispetto alla temperatura in base alle misurazioni della spettroscopia Raman [10]. (c) Schema dell'evoluzione della struttura a bande durante l'espansione del reticolo. Le linee tratteggiate indicano i livelli quasi di Fermi per le lacune di elettroni. L'area ombreggiata mostra il gap di banda prima e dopo la transizione di fase. Credito: Revisione fisica B (2021). DOI:10.1103/PhysRevB.103.075416
Un liquido lacuna elettronica è una formazione di stato quantistico collettivo unico nei semiconduttori in cui le cariche libere possono condensarsi in una gocciolina. Queste goccioline hanno usi interessanti per circuiti controllati da laser basati su fasci di luce invece che su fili. Sfortunatamente, i liquidi con lacuna elettronica normalmente esistono solo in ambienti estremamente freddi, e non sono pratici per i dispositivi reali. Ma cosa accadrebbe se queste goccioline potessero invece formarsi mentre il materiale si riscalda?
Il nostro studio ha previsto che queste goccioline potrebbero essere in grado di condensare a temperature 1, 000 gradi (F) più caldo di quanto si pensasse in precedenza. Abbiamo fatto la previsione combinando diversi modelli computazionali e precedenti risultati sperimentali da utilizzare come ingredienti per una nuova meta-analisi della transizione liquida elettrone-lacuna in una scaglia sottile di 1 atomo di bisolfuro di molibdeno (MoS 2 ).
Abbiamo dimostrato che la nostra analisi dei primi principi corrispondeva ai dati fisici ottenuti tramite spettroscopia, e siamo stati in grado di misurare importanti proprietà del materiale, come un enorme aumento dell'intensità dell'emissione luminosa di 23 volte, numero di vettori in ogni valle, tempi di vita intrabanda, e altri parametri che ci daranno maggiori informazioni sul comportamento di questo materiale a livello atomico.
Questo nuovo lavoro di calcolo suggerisce che la forma unica dei fiocchi di semiconduttori sottili da 1 atomo li rende habitat eccellenti per liquidi con lacune di elettroni, anche sopra la temperatura ambiente. La combinazione dei risultati di più modelli ed esperimenti al computer ci ha permesso di verificare che l'emissione di luce da questi fiocchi fosse effettivamente un segnale di formazione di goccioline.
Il fatto che questa analisi dei primi principi preveda con successo le misurazioni che abbiamo osservato in precedenza è una grande vittoria sia per la validità di queste osservazioni liquide di lacune elettroniche sia per l'uso di modelli fisici fondamentali per analizzare gli spettri ed estrarre informazioni significative sul sistema.
Non siamo ancora in grado di spiegare completamente l'emissione di luce proveniente da queste goccioline, ma una cosa è chiara:i materiali atomicamente sottili seguono le proprie regole.
