Заставляем темные полупроводники сиять
Может ли твердое тело излучать свет, например, как светодиод (LED), зависит от энергетических уровней электронов в его кристаллической решетке. Международная группа исследователей во главе с физиками из Ольденбургского университета доктором Хангьонг Шаном и профессором доктором Кристианом Шнайдером преуспела в манипулировании энергетическими уровнями в ультратонком образце полупроводникового диселенида вольфрама таким образом, что этот материал, который обычно имеет низкий выход люминесценции, начинает светиться. Команда ученых опубликовала статью о своем исследовании в научном журнале Nature Communications.
В своих экспериментах физики из Ольденбурга направляли лазерный свет на образцы чрезвычайно тонких полупроводников с различными оптическими компонентами. Предоставлено: Университет Ольденбурга.
По словам исследователей, их выводы представляют собой первый шаг к управлению свойствами материи с помощью световых полей. «Идея обсуждалась годами, но еще не была убедительно реализована», — сказал Шнайдер. Световой эффект можно использовать для оптимизации оптических свойств полупроводников и, таким образом, способствовать разработке инновационных светодиодов, солнечных элементов , оптических компонентов и других приложений. В частности, таким образом можно улучшить оптические свойства органических полупроводников — пластиков с полупроводниковыми свойствами, которые используются в гибких дисплеях и солнечных элементах или в качестве датчиков в текстиле.
Диселенид вольфрама принадлежит к необычному классу полупроводников, состоящих из переходного металла и одного из трех элементов серы, селена или теллура. Для своих экспериментов исследователи использовали образец, который состоял из единого кристаллического слоя атомов вольфрама и селена с многослойной структурой. В физике такие материалы толщиной всего в несколько атомов также известны как двумерные (2D) материалы. Они часто обладают необычными свойствами, потому что содержащиеся в них носители заряда ведут себя совершенно иначе, чем в более толстых твердых телах, и иногда их называют «квантовыми материалами».
Группа под руководством Шана и Шнайдера поместила образец диселенида вольфрама между двумя специально подготовленными зеркалами и использовала лазер для возбуждения материала. С помощью этого метода они смогли создать связь между легкими частицами .(фотоны) и возбужденные электроны. «В нашем исследовании мы показываем, что с помощью этой связи структура электронных переходов может быть перестроена таким образом, что темный материал эффективно ведет себя как яркий», — объяснил Шнайдер. «Эффект в нашем эксперименте настолько силен, что более низкое состояние диселенида вольфрама становится оптически активным». Команда также смогла показать, что экспериментальные результаты в высокой степени соответствуют предсказаниям теоретической модели.
