Le bisulfure de molybdène à deux couches est un matériau de van der Waals, où les électrons peuvent être excités en utilisant une configuration expérimentale appropriée. Ces électrons quittent plus tard leur position dans la bande de valence, laissant derrière eux un trou chargé positivement, et entrent dans la bande de conduction.
Parce que les électrons et les trous ont des charges différentes, ils sont attirés les uns vers les autres et se combinent pour former un quasi-particule. Ce dernier peut se déplacer librement dans le matériau et est également appelé paire électron-trou ou exciton.
L'excitation avec la lumière donne deux types différents de paires électron-trou dans le bisulfure de molybdène à deux couches: les paires intracouches, où l'électron et le trou sont localisés dans la même couche du matériau, et les paires intercouches, où l'électron et le trou sont situés dans différentes couches et sont donc spatialement séparés.
Ces deux variétés de couples électron-trou présentent diverses caractéristiques. Les couples de lumière et intracouche interagissent de manière agressive, les faisant briller intensément. D'autre part, l'intercalaire excitons sont considérablement plus faibles mais peuvent être déplacés vers différentes énergies, permettant aux scientifiques d'ajuster la longueur d'onde absorbée. Les excitons intercouches, comme les excitons intracouches, ont des interactions extrêmement puissantes et non linéaires les unes avec les autres. Ces interactions sont cruciales pour de nombreuses applications que les excitons intercouches pourraient servir.
Désormais, les chercheurs du groupe dirigé par le professeur Richard Warburton du Département de physique et du Swiss Nanoscience Institute (SNI) de la Université de Bâle ont couplé ces deux types de paires électron-trou en les amenant à des énergies similaires.
Cela a été possible grâce à l'ajustement des excitons intercouches. Le couplage qui en résulte provoque la fusion des propriétés des deux types de paires électron-trou, permettant aux scientifiques de personnaliser des particules fusionnées qui sont non seulement très brillantes mais qui interagissent également très fortement.
Lukas Sponfeldner, doctorant au SNI Ph.D. L'école et le premier auteur de l'article dit à Phys.org, « Cela nous permet de combiner les propriétés utiles des deux types de paires électron-trou. Ces propriétés combinées pourraient être utilisées pour produire une nouvelle source de photons individuels, qui sont un élément clé de communication quantique. »
Les scientifiques ont également montré que ce système complexe de paires électron-trou peut être simulé à l'aide de modèles classiques issus des domaines de la mécanique ou de l'électronique.
Le professeur Richard Warburton a déclaré : « Plus précisément, les paires électron-trou peuvent être très efficacement décrites comme des masses ou des circuits oscillants. Ces analogies simples et générales nous aident à mieux comprendre les propriétés fondamentales des particules couplées, non seulement dans le bisulfure de molybdène, mais aussi dans de nombreux autres systèmes et contextes matériels.
Journal de référence:
- Lukas Sponfeldner et al., Excitons à couplage capacitif et inductif dans la bicouche MoS2, Physical Review Letters (2022). EST CE QUE JE: 10.1103 / PhysRevLett.129.107401
