Rappresentando un progresso significativo per i semiconduttori di prossima generazione, un team di ricerca collaborativo ha fatto scoperte rivoluzionarie nel campo dei semiconduttori bidimensionali (2D).

I loro risultati, pubblicati in Nano Letters , fanno luce sulla generazione e sul controllo dei trioni, fornendo preziose informazioni sulle proprietà ottiche di questi materiali.

I semiconduttori 2D, noti per le loro eccezionali caratteristiche di luce per unità di volume con elevata flessibilità grazie allo spessore dello strato atomico, racchiudono un immenso potenziale per applicazioni in aree quali dispositivi flessibili avanzati, nanofotonica e celle solari.

Il team di ricerca si è concentrato sullo sfruttamento delle proprietà ottiche dei semiconduttori 2D, in particolare sui processi di generazione e ricombinazione delle coppie elettrone-lacuna, per sviluppare dispositivi emettitori di luce e applicazioni ottiche.

Per controllare attivamente l'interazione di eccitoni e trioni e analizzare le proprietà luminose in tempo reale, il team ha sviluppato il proprio sistema di spettroscopia risonante potenziato da sonde basato su nanofili d'oro. Combinando un unico strato di MoSe₂ , un semiconduttore 2D, con nanofili d'oro e un sistema di spettroscopia di risonanza potenziato dalla sonda, i ricercatori hanno creato una struttura composita e una potente piattaforma di analisi. In questo modo sono riusciti a identificare il principio della generazione dei trioni, che prima non era noto.

I ricercatori hanno scoperto che la modalità multipolare della carica elettrica svolge un ruolo significativo nell’indurre la conversione degli eccitoni in trioni nei semiconduttori 2D. Con il sistema di spettroscopia di risonanza potenziato dalla sonda, hanno ottenuto un'analisi in tempo reale delle proprietà della nanoluce con un'eccezionale risoluzione spaziale di circa 10 nm, superando il limite della diffrazione della luce. Ciò ha consentito l'identificazione del principio alla base della generazione di trioni e lo sviluppo di un controllo attivo reversibile sulla conversione eccitone-trione.

Inoltre, la sonda d’oro ha funzionato come un’antenna, focalizzando la luce su un’area di dimensioni nanometriche e generando termocron ad alta energia. Gli elettroni generati da questo processo sono stati poi iniettati nel semiconduttore 2D, migliorando ulteriormente il controllo sulla generazione di trioni. Questa svolta ha portato alla proposta di una nuova "nano piattaforma di controllo attivo", che consente un controllo in tempo reale e ad altissima risoluzione sullo stato della materia, superando le tradizionali apparecchiature di misurazione.

Mingu Kang, il primo autore dello studio, ha dichiarato:"Non solo abbiamo controllato con successo eccitoni e trioni, ma abbiamo anche identificato i principi sottostanti che governano la loro interazione con plasmoni e termotroni". Ha inoltre aggiunto:"Crediamo che la nostra ricerca rappresenterà un passo avanti significativo per i ricercatori nei campi che utilizzano eccitoni e trioni, come le celle solari e i circuiti integrati fotoelettrici."

Il gruppo di ricerca è stato guidato dal professor Kyoung-Duck Park e Mingu Kang del Dipartimento di Fisica di POSTECH, dal Professor Yong Doug Suh del Dipartimento di Chimica dell'UNIST, che ricopre contemporaneamente la carica di Direttore Associato presso il Centro IBS per i materiali di carbonio multidimensionali. (CMCM) e il professor Hyun Seok Lee del Dipartimento di fisica dell'Università nazionale di Chungbuk.

Ulteriori informazioni: Mingu Kang et al, Manipolazione su scala nanometrica dell'interconversione eccitone-trione in un monostrato MoSe2 tramite spettroscopia di cavità potenziata dalla punta, Nano lettere (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03920

Fornito da Ulsan National Institute of Science and Technology