Un equipo de físicos de la Universidad de California, San Diego y la Universidad de Manchester está creando materiales a medida para la investigación de vanguardia y quizás una nueva generación de dispositivos optoelectrónicos. Los materiales facilitan a los investigadores la manipulación de los excitones, que son pares de un electrón y un agujero de electrones unidos entre sí por una fuerza electrostática.
Los excitones se crean cuando un láser se ilumina en un dispositivo semiconductor. Pueden transportar energía sin transportar carga eléctrica neta. Dentro del dispositivo, los excitones interactúan entre sí y con su entorno, y luego se convierten nuevamente en luz. Esto los hace atractivos paranueva tecnología. Dentro del dispositivo, los excitones interactúan entre sí y con su entorno, y luego se convierten de nuevo en luz que puede ser detectada por cámaras de dispositivos acoplados a la carga CCD extremadamente sensibles.
La mayoría del trabajo previo del equipo involucró estructuras basadas en arseniuro de galio GaAs, que es un material comúnmente utilizado en toda la industria de semiconductores. Desafortunadamente, los dispositivos que han desarrollado tienen una limitación fundamental: requieren temperaturas criogénicas por debajo de 100K - descartar cualquier aplicación comercial.
Entonces, el equipo realizó un cambio radical de material para llevar sus dispositivos excitónicos a temperatura ambiente. Informan sus resultados letras de física aplicada , de AIP Publishing.
"Nuestras estructuras anteriores se construyeron a partir de capas delgadas de GaAs depositadas en la parte superior de un sustrato con un espesor y secuencia de capa particular para garantizar las propiedades específicas que queríamos", dijo Erica Calman, autora principal y estudiante graduada en el Departamento de Física, Universidad de California, San Diego.
Para hacer los nuevos dispositivos, los físicos recurrieron a nuevas estructuras construidas a partir de un conjunto especialmente diseñado de capas ultrafinas de materiales: disulfuro de molibdeno MoS2 y nitruro de boro hexagonal hBN, cada uno con un solo átomo de espesor.
Estas estructuras se producen a través de la famosa "cinta Scotch" o método de exfoliación mecánica desarrollado por el grupo de Andre Geim, un físico galardonado con el Premio Nobel de física en 2010 por su trabajo innovador con respecto al material de dos dimensiones grafeno.
"Nuestras estructuras especialmente diseñadas ayudan a mantener los excitones unidos más estrechamente para que puedan sobrevivir a temperatura ambiente, donde los excitones de GaAs se rompen", explica Calman.
Impresionantemente, los excitones pueden formar un estado cuántico especial conocido como condensado de Bose-Einstein. Este estado ocurre dentro de los superfluidos y permite corrientes de partículas sin pérdidas. El equipo descubrió un fenómeno de excitón similar a temperaturas frías con materiales de GaAs.
"Los resultados de nuestro trabajo sugieren que podemos hacer que las nuevas estructuras funcionen hasta la temperatura ambiente", dijo Calman. "Nos propusimos demostrar que podíamos controlar la emisión de excitaciones neutras y cargadas por voltaje, temperatura y potencia del láser ... y demostró exactamente eso ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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