Ciencia

Cuando algunos semiconductores absorben luz, se pueden formar excitones (o pares de partículas formados por un electrón unido a un hueco de electrón). Cristales bidimensionales de disulfuro de tungsteno (WS₂) tienen estados de excitón únicos que no se encuentran en otros materiales. Sin embargo, estos estados son de corta duración y pueden cambiar de un estado a otro muy rápidamente. Los científicos han desarrollado un nuevo método para crear imágenes discretas de estos estados cuánticos individuales. Mediante el seguimiento de estados cuánticos individuales, los investigadores demostraron que los mecanismos de acoplamiento que conducen a la mezcla de estados pueden no coincidir exactamente con las teorías actuales.

La influencia

Los científicos están entusiasmados con los calcogenuros de metales de transición, la familia de cristales que contienen disulfuro de tungsteno, porque absorben la luz con tanta fuerza a pesar de tener solo unos pocos átomos de espesor. Los investigadores pueden usar estos cristales para construir nuevas células solares a nanoescala o sensores electrónicos. Usando una nueva técnica llamada microscopía de momento resuelta en el tiempo, los investigadores ahora pueden rastrear mejor las transiciones entre diferentes estados cuánticos de excitón. La técnica es ampliamente aplicable, por lo que los científicos ahora pueden poner otros materiales y dispositivos de próxima generación bajo este microscopio de impulso para ver cómo funcionan.

resumen

Se pueden formar una variedad de estados de excitón inducidos por la luz en dicalcogenuros de metales de transición (TMD) monocapa como WS₂ bajo diferentes condiciones. Cambiar la longitud de onda, la fuerza de la luz excitada o la temperatura del cristal permite que se formen o persistan diferentes estados de excitón. La luz polarizada circularmente, en la que la dirección del campo eléctrico gira alrededor de la dirección en la que viaja la onda de luz, puede crear selectivamente excitones con una configuración de espín cuántico específica en un conjunto definido de bandas de energía. Investigadores de la Universidad de Stony Brook han desarrollado una herramienta única para visualizar directamente este efecto bajo diferentes influencias. súper rápido Condiciones de excitación de la luz y separación de mezclas complejas Cuántico estados que se pueden formar.

Estos nuevos resultados muestran cómo la fuerza que mantiene juntos el hueco del electrón y el electrón en un excitón también contribuye al rápido acoplamiento o mezcla de los diferentes estados del excitón. Los investigadores demostraron que este efecto hace que los excitones se mezclen con diferentes configuraciones de espín mientras conservan tanto la energía como el impulso en el proceso de acoplamiento. Sorprendentemente, los resultados mostraron que la tasa de mezcla de excitones no depende de las energías de los excitones como esperaban los investigadores. Este estudio proporciona un apoyo experimental crucial para algunas teorías actuales del acoplamiento de excitones en los TMD, pero también destaca importantes inconsistencias. Comprender la interacción entre estos estados de excitón es un paso esencial para aprovechar el potencial de los TMD para la nanotecnología y la detección cuántica.

financiación

Este material se basa principalmente en el trabajo respaldado por el Departamento de Energía (DOE), Oficina de Ciencias, Oficina de Ciencias Energéticas Básicas. Esta investigación también fue apoyada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, la Fundación Nacional de Ciencias, la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía, la Oficina de Ciencias Energéticas Básicas, Ciencias Químicas, Geociencias, el Departamento de Ciencias Biológicas, el Programa de Ciencias de Catálisis, y el Programa de Becas de Investigación para Graduados de la Fundación Nacional de Ciencias.