El bisulfuro de molibdeno de dos capas es un materiales de van der waals, donde los electrones se pueden excitar usando una configuración experimental adecuada. Estos electrones luego dejan su posición en la banda de valencia, dejando atrás un hueco con carga positiva, y entran en la banda de conducción.
Como los electrones y los huecos tienen cargas diferentes, se atraen entre sí y se combinan para formar un cuasipartícula. Este último puede moverse libremente dentro del material y también se conoce como par electrón-hueco o excitón.
La excitación con luz da como resultado dos tipos diferentes de pares electrón-hueco en el disulfuro de molibdeno de dos capas: pares intracapa, en los que el electrón y el hueco se encuentran en la misma capa del material, y pares entre capas, en los que el electrón y el hueco se encuentran en la misma capa. diferentes capas y, por lo tanto, están separados espacialmente.
Estas dos variedades de pares electrón-hueco exhiben varias características. Las parejas de luz e intracapa interactúan agresivamente, haciendo que brillen intensamente. Por otro lado, la capa intermedia excitones son considerablemente más débiles pero pueden moverse a diferentes energías, lo que permite a los científicos ajustar la longitud de onda absorbida. Los excitones entre capas, como los excitones dentro de la capa, tienen interacciones no lineales extremadamente potentes entre sí. Estas interacciones son cruciales para muchas de las aplicaciones que podrían servir los excitones entre capas.
Ahora, los investigadores del grupo dirigido por el profesor Richard Warburton del Departamento de Física y el Swiss Nanoscience Institute (SNI) de la Universidad de Basilea han acoplado estos dos tipos de pares electrón-hueco llevándolos a energías similares.
Esto fue posible debido al ajuste de los excitones entre capas. El acoplamiento resultante hace que las propiedades de los dos tipos de pares electrón-hueco se fusionen, lo que permite a los científicos adaptar partículas fusionadas que no solo son muy brillantes sino que también interactúan con mucha fuerza.
Lukas Sponfeldner, estudiante de doctorado en el SNI Ph.D. School y el primer autor del artículo. le dijo a Phys.org, “Esto nos permite combinar las propiedades útiles de ambos tipos de pares electrón-hueco. Estas propiedades fusionadas podrían usarse para producir una nueva fuente de fotones individuales, que son un elemento clave de comunicación cuántica."
Los científicos también han demostrado que este complejo sistema de pares electrón-hueco se puede simular utilizando modelos clásicos de los campos de la mecánica o la electrónica.
El profesor Richard Warburton dijo: “Específicamente, los pares electrón-hueco pueden describirse de manera muy efectiva como masas o circuitos oscilantes. Estas analogías simples y generales nos ayudan a comprender mejor las propiedades fundamentales de las partículas acopladas, no solo en el disulfuro de molibdeno, sino también en muchos otros sistemas y contextos de materiales”.
Referencia de la revista:
- Lukas Sponfeldner et al., Excitones acoplados capacitivamente e inductivamente en bicapa MoS2, Physical Review Letters (2022). DUELE: 10.1103 / PhysRevLett.129.107401
