Componenti elettronici attuali nei computer, telefoni cellulari e molti altri dispositivi sono basati su supporti in silicio microstrutturato. Però, questa tecnologia ha quasi raggiunto i suoi limiti fisici e le dimensioni della struttura più piccole possibili.

I materiali bidimensionali (2-D) sono quindi oggetto di intensa ricerca. Si possono immaginare questi materiali come pellicole estremamente sottili costituite da un solo strato di atomi. Il più noto è il grafene, uno strato atomicamente sottile di grafite. Per la sua scoperta, Andre Geim e Konstantin Novoselov hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica nel 2010.

Mentre il grafene è costituito esclusivamente da carbonio, esistono numerosi altri composti 2-D caratterizzati da particolari proprietà ottiche ed elettroniche. Innumerevoli potenziali applicazioni di questi composti sono attualmente oggetto di ricerca, ad esempio per l'uso in celle solari, nella micro e optoelettronica, in materiali compositi, catalisi, in vari tipi di sensori e rilevatori di luce, nell'imaging biomedico o nel trasporto di farmaci nell'organismo.

L'energia luminosa può far vibrare i materiali 2D

Per la funzione di questi composti 2-D, si sfruttano le loro proprietà speciali. "È importante sapere come reagiscono all'eccitazione con la luce, "dice il professor Tobias Brixner, capo della cattedra di chimica fisica I presso la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in Baviera, Germania.

In linea di principio, I materiali 2-D vengono eccitati elettronicamente proprio come le normali celle solari al silicio quando vengono colpiti da una quantità di luce sufficiente. Però, l'energia può far vibrare contemporaneamente lo strato atomicamente sottile. Questo a sua volta influenza le proprietà optoelettroniche.

La forza dell'accoppiamento eccitone-fonone è difficile da determinare

Fino ad ora, non era noto quanto fortemente la luce eccitasse tali oscillazioni in un materiale 2-D a temperatura ambiente. Ora, in una collaborazione internazionale, un team guidato da Tobias Brixner è riuscito per la prima volta a determinare la forza dell'eccitazione dell'oscillazione all'assorbimento della luce in un materiale 2-D, vale a dire in un "dicalcogenuro di metallo di transizione", a temperatura ambiente.

"Questa quantità, nota in gergo tecnico come forza di accoppiamento eccitone-fonone, è difficile da determinare perché a temperatura ambiente lo spettro di assorbimento è molto "spalmato" e nessuna singola riga spettrale può essere separata, " dice il fisico JMU e chimico fisico.

Postdoc ha sviluppato una microscopia 2D coerente

Ora, però, il ricercatore post-dottorato Dr. Donghai Li a Würzburg ha sviluppato il metodo della "microscopia 2D coerente". Combina la risoluzione spaziale di un microscopio con la risoluzione temporale a femtosecondi di impulsi laser ultracorti e con la risoluzione in frequenza multidimensionale. Ciò ha permesso a Li di quantificare l'influenza delle oscillazioni.

Brixner spiega:"Sorprendentemente, si è scoperto che la forza di accoppiamento eccitone-fonone nel materiale studiato è molto maggiore rispetto ai semiconduttori convenzionali. Questa scoperta è utile per l'ulteriore sviluppo di materiali 2-D per applicazioni specifiche".