Un equipo de investigación internacional dirigido por científicos de la Universidad de California, Riverside, ha observado la emisión de luz de un nuevo tipo de transición entre valles electrónicos, conocidos como transmisiones de intervalos.
La investigación proporciona una nueva forma de leer la información del valle, lo que puede conducir a nuevos tipos de dispositivos.
La tecnología actual de semiconductores utiliza carga electrónica o spin para almacenar y procesar información; las tecnologías asociadas se denominan electrónica y spintronics, respectivamente. Algunos semiconductores contienen valles de energía locales en su estructura de banda de electrones que se pueden usar para codificar, procesar y almacenar información, dando lugar a un nuevo tipo de tecnología llamada valleytronics.
"Valleytronics proporciona una ruta alternativa para diseñar sistemas de información además de la electrónica convencional y la espintrónica", dijo Chun Hung "Joshua" Lui, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía de UC Riverside, quien dirigió la investigación sobre las transiciones de intervalos endiselenuro de tungsteno monocapa WSe 2 ."Nuestro nuevo trabajo puede acelerar el desarrollo de valleytronics".
Monocapa WSe 2 es un material Valleytronic prometedor porque posee dos valles con características dinámicas opuestas en la estructura de la banda. Además, este material puede interactuar fuertemente con la luz, lo que promete aplicaciones de Valleytronic ópticamente controlables.
Excitones
cuando monocapa WSe 2 absorbe un fotón, un electrón unido puede liberarse en un valle, dejando atrás una vacante de electrones o un agujero. A medida que el agujero se comporta como un electrón con carga positiva, el electrón y el agujero pueden atraerse entre sí para formar un estado unido llamadoun excitón. Tal excitón, con su electrón y su agujero en el mismo valle, se llama excitón intravalente. La investigación actual sobre excitones en semiconductores de monocapas se centra principalmente en excitones intravalley, que pueden emitir luz.
Un electrón y un agujero en los valles opuestos también pueden formar un excitón, llamado excitón de intervalo, que es un componente novedoso en valleytronics. Sin embargo, la ley de conservación del momento prohíbe que un electrón y un agujero en los valles opuestos se recombinen directamente aemiten luz. Como resultado, los excitones de intervalo son "oscuros" y están ocultos en el espectro óptico.
El equipo de investigación liderado por UCR ahora ha observado la emisión de luz de excitones de intervalos en WSE monocapa 2 . El equipo descubrió que aunque los excitones de intervalo son intrínsecamente oscuros, pueden emitir una cantidad significativa de luz con la ayuda de defectos o vibraciones reticulares en el material.
"La dispersión con defectos o vibraciones reticulares puede compensar el desajuste de momento entre un electrón y un agujero en los valles opuestos", dijo Lui. "Nos permite observar la emisión de luz de excitones de intervalos".
"Aunque el proceso involucra la dispersión con defectos o vibraciones reticulares, la emisión de luz a intervalos se polariza circularmente", dijo Erfu Liu, investigador postdoctoral en el laboratorio de Lui y primer autor del trabajo de investigación. "Dicha polarización circular de la luz nos permiteidentifique la configuración del valle de excitón. Esta configuración de valle ópticamente legible es crucial para hacer que los excitones de intervalo sean útiles para aplicaciones de valleytronic ".
Trions
Además de los excitones, monocapa WSe 2 también alberga triones, que consisten en dos electrones y un orificio o dos orificios y un electrón. Los triones también tienen configuraciones de valle bien definidas para aplicaciones valleytronic. En comparación con los excitones neutros en carga, el movimiento de los triones puede controlarse mediante uncampo eléctrico debido a su carga eléctrica neta.
Un trión generalmente puede descomponerse a través de dos caminos. Por ejemplo, para un trión que consiste en un par de electrones intravalley y un orificio en el valle opuesto para decaer, el electrón puede elegir recombinarse con el orificio en el mismo valle o conel agujero en el valle opuesto. Esto da lugar a dos trayectorias diferentes de desintegración de triones con recombinación intravalley e intervalo de electrones en intervalos. La desintegración de trion intravalley ha sido muy estudiada, pero hasta ahora no se ha informado de la desintegración de trion en intervalos.
El equipo liderado por UCR ha mostrado una disminución gradual del trion por primera vez.
"Aunque un trión puede decaer a través de la degradación intravalley o intervalolley, las dos transiciones tienen la misma energía y apenas se pueden distinguir en el espectro óptico", dijo Lui. "Pero cuando se aplica un campo magnético, las energías de la intravalleyy las transiciones a intervalos se volverán diferentes "
El equipo llevó a cabo los experimentos en el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Tallahassee, Florida. Muestran las rutas de desintegración intravalley e intervalolley de los triones.
"Nuestros resultados proporcionan una imagen más completa y de múltiples trayectorias de la dinámica de triones en monocapa WSe 2 ", dijo Jeremiah van Baren, un estudiante graduado en el laboratorio de Lui, que comparte la autoría igualitaria con Liu." Se basan en la descripción existente de un solo camino de triones en materiales 2-D y son clave para avanzar en la ciencia de valleytronic basada en trionesy Tecnología."
El trabajo de investigación, publicado en Cartas de revisión física , se titula "Recombinación óptica multitrayectoria de excitones y triones oscuros a intervalos en monocapas WSe 2 . "Los resultados relacionados fueron informados recientemente por otros dos equipos de investigación dirigidos por científicos del Instituto Politécnico Rensselaer y la Universidad de Washington.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Original escrito por Iqbal Pittalwala. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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