Rappresentazione artistica che mostra gli strati contorti di diseleniuro di tungsteno (in alto) e disolfuro di molibdeno (in basso). Dopo l'eccitazione mediante la luce, tra gli strati si forma una moltitudine di eccitoni otticamente "scuri". Questi eccitoni "oscuri" sono coppie elettrone-lacuna legate dall'interazione di Coulomb (sfere chiare e scure collegate da linee di campo), che non possono essere osservate direttamente usando la luce visibile. Una delle quasiparticelle più interessanti è l '"eccitone interstrato moiré" - mostrato al centro dell'immagine - in cui il buco si trova in uno strato e l'elettrone nell'altro. La formazione di questi eccitoni sulla scala temporale del femtosecondo e l'influenza del potenziale Moiré (illustrato da picchi e depressioni negli strati) sono stati studiati nel presente studio utilizzando la microscopia a momento di fotoemissione a femtosecondi e la teoria della meccanica quantistica. Credito:Brad Baxley, Part to Whole, LLC
Un gruppo di ricerca internazionale guidato dall'Università di Göttingen ha osservato per la prima volta l'accumulo di un fenomeno fisico che gioca un ruolo nella conversione della luce solare in energia elettrica nei materiali 2D. Gli scienziati sono riusciti a rendere visibili le quasiparticelle, note come eccitoni interstrati Moiré oscuri, e a spiegarne la formazione utilizzando la meccanica quantistica. I ricercatori mostrano come una tecnica sperimentale recentemente sviluppata a Gottinga, la microscopia a impulso di fotoemissione a femtosecondi, fornisca approfondimenti a livello microscopico, che saranno rilevanti per lo sviluppo della tecnologia futura. I risultati sono stati pubblicati su Natura .
Strutture atomicamente sottili realizzate con materiali semiconduttori bidimensionali sono candidati promettenti per i futuri componenti dell'elettronica, dell'optoelettronica e del fotovoltaico. È interessante notare che le proprietà di questi semiconduttori possono essere controllate in un modo insolito:come i mattoncini Lego, gli strati atomicamente sottili possono essere impilati uno sopra l'altro.
Tuttavia, c'è un altro trucco importante:mentre i mattoncini Lego possono essere impilati solo sopra, direttamente o ruotati con un angolo di 90 gradi, l'angolo di rotazione nella struttura dei semiconduttori può essere variato. È proprio questo angolo di rotazione che è interessante per la produzione di nuovi tipi di celle solari. Tuttavia, sebbene la modifica di questo angolo possa rivelare innovazioni per le nuove tecnologie, porta anche a sfide sperimentali.
In effetti, gli approcci sperimentali tipici hanno solo un accesso indiretto agli eccitoni dell'interstrato moiré, pertanto questi eccitoni sono comunemente chiamati eccitoni "scuri". "Con l'aiuto della microscopia a impulso di fotoemissione a femtosecondi, siamo effettivamente riusciti a rendere visibili questi eccitoni scuri", spiega il dottor Marcel Reutzel, capogruppo di ricerca junior presso la Facoltà di Fisica dell'Università di Göttingen. "Questo ci permette di misurare come si formano gli eccitoni su una scala temporale di un milionesimo di milionesimo di millisecondo. Possiamo descrivere la dinamica della formazione di questi eccitoni usando la teoria della meccanica quantistica sviluppata dal gruppo di ricerca del professor Ermin Malic a Marburg. "
"Questi risultati non solo ci forniscono una visione fondamentale della formazione degli eccitoni interstrati Moiré scuri, ma aprono anche una prospettiva completamente nuova per consentire agli scienziati di studiare le proprietà optoelettroniche di materiali nuovi e affascinanti", afferma il professor Stefan Mathias, capo del studio presso la Facoltà di Fisica dell'Università di Gottinga. "Questo esperimento è rivoluzionario perché, per la prima volta, abbiamo rilevato la firma del potenziale Moiré impresso sull'eccitone, ovvero l'impatto delle proprietà combinate dei due strati semiconduttori intrecciati. In futuro lo faremo studia ulteriormente questo effetto specifico per saperne di più sulle proprietà dei materiali risultanti."
Questa ricerca è stata pubblicata su Natura . + Esplora ulteriormente
