I semiconduttori sono onnipresenti nella tecnologia moderna e funzionano per consentire o impedire il flusso di elettricità. Per comprendere il potenziale dei semiconduttori bidimensionali per le future tecnologie informatiche e fotovoltaiche, i ricercatori delle università di Göttingen, Marburg e Cambridge hanno studiato il legame che si crea tra gli elettroni e le lacune contenuti in questi materiali.
Utilizzando un metodo speciale per rompere il legame tra elettroni e lacune, sono stati in grado di ottenere informazioni microscopiche sui processi di trasferimento di carica attraverso un'interfaccia di semiconduttore. I risultati sono stati pubblicati su Science Advances .
Quando la luce colpisce un semiconduttore, la sua energia viene assorbita. Di conseguenza, gli elettroni caricati negativamente e le lacune caricate positivamente si combinano nel semiconduttore per formare coppie, note come eccitoni. Nei più moderni semiconduttori bidimensionali, questi eccitoni hanno un'energia di legame straordinariamente elevata.
Nel loro studio i ricercatori si sono posti la sfida di indagare sul buco dell'eccitone.
Come spiega il fisico e primo autore Jan Philipp Bange dell'Università di Göttingen:"Nel nostro laboratorio utilizziamo la spettroscopia di fotoemissione per studiare come l'assorbimento della luce nei materiali quantistici porta a processi di trasferimento di carica. Finora ci siamo concentrati sugli elettroni che fanno parte della coppia elettrone-lacuna, che possiamo misurare con un analizzatore di elettroni. Finora non avevamo modo di accedere direttamente alle lacune stesse, quindi a noi interessava sapere come caratterizzarle solo l'elettrone dell'eccitone ma anche la sua lacuna."
Per rispondere a questa domanda, i ricercatori, guidati dal Dr. Marcel Reutzel e dal Professor Stefan Mathias della Facoltà di Fisica dell'Università di Göttingen, hanno utilizzato uno speciale microscopio per fotoelettroni in combinazione con un laser ad alta intensità. In questo processo, la rottura di un eccitone porta ad una perdita di energia nell'elettrone misurato nell'esperimento.
Reutzel spiega:"Questa perdita di energia è caratteristica per diversi eccitoni, a seconda dell'ambiente in cui l'elettrone e la lacuna interagiscono tra loro." Nel presente studio, i ricercatori hanno utilizzato una struttura composta da due diversi semiconduttori atomicamente sottili per dimostrare che il foro dell’eccitone si trasferisce da uno strato semiconduttore all’altro, in modo simile a una cella solare. Il team del professor Ermin Malic dell'Università di Marburg è stato in grado di spiegare questo processo di trasferimento di carica con un modello per descrivere ciò che accade a livello microscopico.
Mathias afferma:“In futuro, vogliamo utilizzare la firma spettroscopica dell’interazione tra elettroni e lacune per studiare nuove fasi nei materiali quantistici su scale di tempo e lunghezza ultracorti. Tali studi possono essere la base per lo sviluppo di nuove tecnologie e noi spero di contribuire a questo in futuro."
Ulteriori informazioni: Jan Philipp Bange et al, Sondaggio delle correlazioni di Coulomb elettrone-lacuna nel paesaggio degli eccitoni di un'eterostruttura a semiconduttore ritorto, Progressi scientifici (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi1323
Informazioni sul giornale: La scienza avanza
Fornito dall'Università di Göttingen
