Fare un liquido con gli elettroni è complicato, ma apre le porte alla ricerca in un'ampia varietà di elettronica. I fisici dello stato NC hanno creato un diagramma di fase che può aiutare i ricercatori a creare questo liquido a temperatura ambiente, rendendo molto più facile lo studio per tutti.

Il fisico dello stato NC Alexander Kemper e il ricercatore post-dottorato Avinash Rustagi studiano cosa succede quando si perturbano i semiconduttori eccitando i loro elettroni con la luce. Lo fanno per comprendere meglio le proprietà di quel materiale e per identificare i materiali che potrebbero essere utili nei dispositivi elettronici che vanno dai computer ai dispositivi medici e terapeutici. Recentemente, hanno pubblicato uno studio che spiega come creare un liquido di elettroni e "buchi" a temperatura ambiente perturbando un particolare tipo di materiale:i dicalcogenuri di metalli di transizione monostrato (o TMDC).

Come si forma un liquido lacuna elettronica? In poche parole, è come la transizione del vapore nell'acqua che avviene quando raffreddiamo il vapore al di sotto del suo punto di ebollizione. La luce brillante su un semiconduttore eccita gli elettroni al suo interno, denominata fotoeccitazione. La fotoeccitazione in un semiconduttore crea una grande densità di elettroni e lacune (se un elettrone viene eccitato in uno stato superiore lascia un buco nel suo vecchio stato). Se questi portatori di carica fotoeccitati vivono abbastanza a lungo e interagiscono fortemente, può formarsi un liquido lacuna elettronica (EHL).

Sembra davvero semplice, ma di solito non lo è. Per formare, Gli EHL in genere richiedono temperature criogeniche (da qualche parte intorno a -238 gradi Fahrenheit o -150 gradi Celsius).

"Queste restrizioni hanno ostacolato l'esplorazione dello stato EHL per potenziali applicazioni in dispositivi optoelettronici e valleytronic, " dice Rustagi. "Ma l'emergere di TMDC ha permesso la recente osservazione di EHL a temperatura ambiente e sopra. Infatti, Il gruppo del fisico Kenan Gundogdu della NC State sta lavorando in questo senso proprio ora".

I TMDC sono semiconduttori con proprietà interessanti per chiunque cerchi di far funzionare l'elettronica in modo più rapido ed efficiente. I TMDC monostrato sono semiconduttori sottili, indicati come 2-D perché hanno uno spessore di circa uno strato atomico. Quando i materiali sono così sottili, emergono nuove proprietà fisiche.

Kemper e Rustagi hanno esaminato il bisolfuro di molibdeno monostrato TMDC (MoS2), e ha tracciato un diagramma di fase per la sua transizione da un gas di coppie elettrone-lacuna a EHL. Il loro diagramma di fase include le condizioni richieste - densità dei portatori di carica fotoeccitati e temperatura - per la formazione di EHL, e può servire come modello per altri ricercatori interessati a studiare i semiconduttori TMDC nello stato EHL.

"La durata insolitamente lunga dei vettori fotoeccitati rende possibile la formazione di EHL a temperatura ambiente ad alta densità di vettori fotoeccitati, " dice Rustagi. "Questo apre strade per studiare l'EHL sotto diversi effetti, come campi magnetici o sollecitazioni, per potenziali applicazioni tecnologiche. Immagina di poter regolare le proprietà di un materiale esponendolo alla luce. Con i TMDC, l'esposizione alla luce ad alta intensità può portare a EHL, cambiare efficacemente un semiconduttore per farlo comportare come un metallo."