La absorción de luz en cristales semiconductores sin simetría de inversión puede generar corrientes eléctricas. Los investigadores del Instituto Max Born ahora han generado corrientes dirigidas a frecuencias de terahercios THz, mucho más altas que las frecuencias de reloj de la electrónica actual. Muestran que la carga electrónicala transferencia entre átomos vecinos en la red cristalina representa el mecanismo subyacente.
Las células solares convierten la energía de la luz en una corriente eléctrica continua CC que se alimenta a una red de suministro eléctrico. Los pasos clave son la separación de las cargas después de la absorción de la luz y su transporte a los contactos del dispositivo. Las corrientes eléctricas sontransportados por portadores de carga negativa electrones y positivos agujeros que realizan los llamados movimientos intrabanda en varias bandas electrónicas del semiconductor. Desde el punto de vista físico, las siguientes preguntas son esenciales: ¿cuál es la unidad más pequeña en un cristal que puede proporcionar¿una corriente continua CC fotoinducida? ¿Hasta qué frecuencia máxima se pueden generar tales corrientes? ¿Qué mecanismos a escala atómica son responsables de dicho transporte de carga?
La unidad más pequeña de un cristal es la llamada celda unitaria, una disposición bien definida de átomos determinada por enlaces químicos. La celda unitaria del prototipo de semiconductor GaAs representa una disposición de átomos de Ga y As sin un centro de inversión.En el estado fundamental del cristal representado por la banda de valencia electrónica, los electrones de valencia se concentran en los enlaces entre los átomos de Ga y As. Al absorber el infrarrojo cercano o la luz visible, se promueve un electrón desde la banda de valencia hacia elsiguiente banda superior, la banda de conducción. En el nuevo estado, la carga de electrones se desplaza hacia los átomos de Ga. Esta transferencia de carga corresponde a una corriente eléctrica local, la corriente entre bandas o de desplazamiento, que es fundamentalmente diferente de los movimientos de los electrones en las corrientes intrabandas.Hasta hace poco, ha habido un debate controvertido entre los teóricos sobre si las corrientes fotoinducidas observadas experimentalmente se deben a movimientos intrabandas o interbandas.
Investigadores del Instituto Max Born en Berlín, Alemania, han investigado por primera vez las corrientes de cambio inducidas ópticamente en el arseniuro de galio semiconductor GaAs en escalas de tiempo ultrarrápidas de hasta 50 femtosegundos 1 fs = 10 a la potencia de -15segundos. Informan sus resultados en la edición actual de la revista Cartas de revisión física 121, 266602 2018. Utilizando pulsos de luz ultracortos e intensos desde el infrarrojo cercano λ = 900 nm hasta el visible λ = 650 nm, color naranja, generaron corrientes de desplazamiento en GaAs que oscilan y, por lo tanto,emiten radiación de terahercios con un ancho de banda de hasta 20 THz. Las propiedades de estas corrientes y los movimientos de electrones subyacentes se reflejan completamente en las ondas de THz emitidas que se detectan en amplitud y fase. La radiación de THz muestra que las ráfagas de corriente ultracorta de luz rectificada contienenfrecuencias que son 5000 veces más altas que la frecuencia de reloj más alta de la tecnología informática moderna.
Las propiedades de las corrientes de desplazamiento observadas definitivamente excluyen un movimiento dentro de la banda de electrones o huecos. En contraste, los cálculos del modelo basados en la transferencia de electrones entre bandas en una estructura de banda de pseudo potencial reproducen los resultados experimentales y muestran que una transferencia en el espacio realde electrones sobre la distancia en el orden de una longitud de enlace representa el mecanismo clave. Este proceso es operativo dentro de cada celda unitaria del cristal, es decir, en una escala de longitud sub-nanométrica, y causa la rectificación del campo óptico.puede explotarse a frecuencias aún más altas, ofreciendo nuevas aplicaciones interesantes en electrónica de alta frecuencia.
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Materiales proporcionado por Forschungsverbund Berlin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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