Un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza por Sufei Shi, profesor asistente de ingeniería química y biológica en Rensselaer, aumenta nuestra comprensión de cómo la luz interactúa con semiconductores atómicamente delgados y crea partículas complejas excitónicas únicas, múltiples electrones y agujeros fuertemente unidos. Estas partículas poseen un nuevo grado cuántico.de libertad, llamado "giro del valle". El "giro del valle" es similar al giro de los electrones, que se ha utilizado ampliamente en el almacenamiento de información como los discos duros y también es un candidato prometedor para la computación cuántica.
El artículo, titulado "Revelando los complejos biexciton y trion-exciton en BN encapsulado WSe2", se publicó en la edición del 13 de septiembre de 2018 Comunicaciones de la naturaleza . Los resultados de esta investigación podrían conducir a nuevas aplicaciones en dispositivos electrónicos y optoelectrónicos, como la recolección de energía solar, nuevos tipos de láseres y detección cuántica.
La investigación de Shi se centra en materiales cuánticos de baja dimensión y sus efectos cuánticos, con un interés particular en materiales con fuertes interacciones de materia ligera. Estos materiales incluyen grafeno, dichoscogenuros de metales de transición TMD, como el diselenuro de tungsteno WSe2 y topológicoaislantes.
Los TMD representan una nueva clase de semiconductores atómicamente delgados con propiedades ópticas y optoelectrónicas superiores. La excitación óptica en los TMD bidimensionales de una sola capa generará un par de electrones fuertemente unidos llamado excitón, en lugar de electrones y agujeros que se mueven libremente.en semiconductores a granel tradicionales. Esto se debe a la energía de unión gigante en los TMD monocapa, que es un orden de magnitud mayor que el de los semiconductores convencionales. Como resultado, el excitón puede sobrevivir a temperatura ambiente y, por lo tanto, puede usarse para la aplicación de dispositivos excitónicos.
A medida que aumenta la densidad del excitón, más electrones y huecos se unen, formando complejos excitónicos de cuatro partículas e incluso cinco partículas. La comprensión de los complejos excitónicos de muchas partículas no solo da lugar a una comprensión fundamental de la luz.La interacción de la materia en dos dimensiones, también conduce a nuevas aplicaciones, ya que los complejos excitónicos de muchas partículas mantienen las propiedades del "giro del valle" mejor que el excitón. Sin embargo, a pesar de los recientes desarrollos en la comprensión de los excitones y triones en TMD, dijo Shi,una medida inequívoca de la energía de unión de biexciton se ha mantenido esquiva.
"Ahora, por primera vez, hemos revelado el verdadero estado de biexciton, un complejo único de cuatro partículas que responde a la luz", dijo Shi. "También revelamos la naturaleza del biexciton cargado, un complejo de cinco partículas".
En Rensselaer, el equipo de Shi ha desarrollado una forma de construir una muestra extremadamente limpia para revelar esta interacción única de materia luminosa. El dispositivo fue construido apilando múltiples materiales atómicamente delgados, incluidos grafeno, nitruro de boro BN y WSe2,a través de la interacción de van der Waals vdW, que representa la técnica de fabricación más avanzada de materiales bidimensionales.
Este trabajo se realizó en colaboración con el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Tallahasee, Florida, e investigadores del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Japón, así como con Shengbai Zhang, el Profesor de la Constelación de Kodosky en el Departamento de Física, AplicadaFísica y astronomía en Rensselaer, cuyo trabajo desempeñó un papel fundamental en el desarrollo de una comprensión teórica de la biexciton.
Shi dijo que los resultados de esta investigación podrían conducir a una física óptica robusta de muchas partículas e ilustrar posibles nuevas aplicaciones basadas en semiconductores 2D. Shi recibió fondos de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea. Zhang recibió el apoyo del Departamentoof Energy, Office of Science.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Politécnico Rensselaer . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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