Far brillare i semiconduttori scuri

Nei loro esperimenti, i fisici di Oldenburg hanno diretto la luce laser su campioni di semiconduttori estremamente sottili con vari componenti ottici. Credito: Università di Oldenburg

Il fatto che un solido possa emettere luce, ad esempio come diodo a emissione di luce (LED), dipende dai livelli di energia degli elettroni nel suo reticolo cristallino. Un team internazionale di ricercatori guidato dai fisici dell’Università di Oldenburg Hangyong Shan e il prof. Dott. Christian Schneider è riuscito a manipolare i livelli di energia in un campione ultrasottile di diseleniuro di tungsteno semiconduttore in modo tale che questo materiale, che normalmente ha una bassa resa di luminescenza, iniziasse a brillare. Il team ha ora pubblicato un articolo sulla sua ricerca sulla rivista scientifica Comunicazioni sulla natura.

Secondo i ricercatori, le loro scoperte costituiscono un primo passo verso il controllo delle proprietà della materia attraverso i campi di luce. “L’idea è stata discussa per anni, ma non è stata ancora attuata in modo convincente”, ha affermato Schneider. L’effetto della luce potrebbe essere utilizzato per ottimizzare le proprietà ottiche dei semiconduttori e contribuire così allo sviluppo di LED innovativi, celle solari, componenti ottici e altre applicazioni. In particolare, le proprietà ottiche dei semiconduttori organici – plastiche con proprietà semiconduttive utilizzate nei display flessibili e nelle celle solari o come sensori nei tessuti – potrebbero essere migliorate in questo modo.

Il diseleniuro di tungsteno appartiene a una classe insolita di semiconduttori costituita da un metallo di transizione e uno dei tre elementi zolfo, selenio o tellurio. Per i loro ricercatori hanno utilizzato un campione che ha eseguito un singolo strato cristallino di atomi di tungsteno e selenio con una struttura a sandwich. In fisica, tali materiali, che hanno uno spessore di pochi atomi, sono anche noti come materiali bidimensionali (2D). Spesso hanno proprietà insolite perché i portatori di carica che contengono si comportano in modo completamente diverso da quelli dei solidi più spessi e sono talvolta indicati come “materiali quantistici”.

Il team guidato da Shan e Schneider ha posizionato il campione di diseleniuro di tungsteno tra due specchi appositamente preparati e ha utilizzato un laser per eccitare il materiale. Con questo metodo sono stati in grado di creare un accoppiamento tra particelle di luce (fotoni) ed elettroni eccitati. “Nel nostro studio, dimostriamo che tramite questo accoppiamento la struttura delle transizioni elettroniche può essere riorganizzata in modo tale che un materiale scuro si comporti efficacemente come uno luminoso”, ha spiegato Schneider. “L’effetto nel nostro esperimento è così forte che lo stato inferiore del diseleniuro di tungsteno diventa otticamente attivo”. Il team è stato anche in grado di dimostrare che i risultati sperimentali corrispondevano in larga misura alle previsioni di un modello teorico.


Risolvere il mistero della luce quantistica in strati sottili


Maggiori informazioni:
Hangyong Shan et al, Schiarimento di un semiconduttore monostrato scuro tramite un forte accoppiamento luce-materia in una cavità, Comunicazioni sulla natura (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-30645-5

Fornito dall’Università di Oldenburg

Citazione: Far brillare i semiconduttori scuri (2022, 27 giugno) recuperato il 28 giugno 2022 da https://phys.org/news/2022-06-dark-semiconductors.html

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