Uma equipe de pesquisa internacional liderada por cientistas da Universidade da Califórnia, Riverside, observou a emissão de luz de um novo tipo de transição entre vales eletrônicos, conhecido como transmissões intervalley.

A pesquisa fornece uma nova maneira de ler informações sobre o vale, potencialmente levando a novos tipos de dispositivos.

A tecnologia de semicondutores atual usa carga eletrônica ou rotação para armazenar e processar informações; as tecnologias associadas são chamadas de eletrônica e spintrônica, respectivamente. Alguns semicondutores contêm vales de energia local em sua estrutura de banda de elétrons que podem ser usados ​​para codificar, processo, e informações da loja, dando origem a um novo tipo de tecnologia chamada Valleytronics.

"Valleytronics fornece uma rota alternativa para sistemas de informação de engenharia além da eletrônica convencional e spintrônica, "disse Chun Hung" Joshua "Lui, um professor assistente no Departamento de Física e Astronomia da UC Riverside, que liderou a pesquisa sobre as transições intervalley em disseleneto de tungstênio monocamada (WSe ₂ ) "Nosso novo trabalho pode acelerar o desenvolvimento da Valleytronics."

WSe monocamada ₂ é um material valtrônico promissor porque possui dois vales com características dinâmicas opostas na estrutura da banda. Além disso, este material pode interagir fortemente com a luz, mantendo a promessa para aplicações Valleytronic opticamente controláveis.

Excitons

Quando WSe monocamada ₂ absorve um fóton, um elétron ligado pode ser liberado em um vale, deixando para trás uma vaga de elétrons, ou buraco. Como o buraco se comporta como um elétron com carga positiva, o elétron e o buraco podem atrair um ao outro para formar um estado ligado chamado exciton. Que excitação, com seu elétron e buraco no mesmo vale, é chamado de exciton intravalley. A pesquisa atual de excitons em semicondutores de vale de monocamada concentra-se predominantemente em excitons intravalley, que pode emitir luz.

Um elétron e um buraco em vales opostos também podem formar um exciton, chamado de exciton intervalley, que é um novo componente em Valleytronics. A lei da conservação do momento, Contudo, proíbe um elétron e um buraco em vales opostos de se recombinarem diretamente para emitir luz. Como resultado, excitons intervalley são "escuros" e escondidos no espectro óptico.

A equipe de pesquisa liderada pelo UCR agora observou a emissão de luz de excitons intervalley em WSe de monocamada ₂ . A equipe descobriu que, embora os excitons intervalley sejam intrinsecamente escuros, eles podem emitir uma quantidade significativa de luz com a ajuda de defeitos ou vibrações de rede no material.

"O espalhamento com defeitos ou vibrações de rede pode compensar a incompatibilidade de momento entre um elétron e um buraco em vales opostos, "Lui disse." Isso nos permite observar a emissão de luz de excitons intervalley. "

"Embora o processo envolva espalhamento com defeitos ou vibrações de rede, a emissão de luz intervalley é circularmente polarizada, "disse Erfu Liu, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Lui e o primeiro autor do artigo de pesquisa. "Essa polarização de luz circular nos permite identificar a configuração do vale de excitons. Esta configuração de vale opticamente legível é crucial para tornar os excitons intervalley úteis para aplicações Valleytronic."

Trions

Além dos excitons, WSe monocamada ₂ também hospeda trions, que consistem em dois elétrons e um orifício ou dois orifícios e um elétron. Trions também têm configurações de vale bem definidas para aplicações Valleytronic. Em comparação com os excitons de carga neutra, o movimento dos trions pode ser controlado por um campo elétrico devido à sua carga elétrica líquida.

Um trion geralmente pode se deteriorar por dois caminhos. Por exemplo, para um trion que consiste em um par elétron-buraco intravalley e um buraco no vale oposto para decair, o elétron pode escolher se recombinar com o buraco no mesmo vale ou com o buraco no vale oposto. Isso dá origem a dois caminhos de decaimento trion diferentes com recombinação elétron-buraco intravalley e intervalley. A decadência do trion intravalley tem sido muito estudada, mas a decadência do trion intervalley não foi relatada até agora.

A equipe liderada pelo UCR mostrou a decadência do trion intervalley pela primeira vez.

"Embora um trion possa decair por decadência intravalley ou intervalley, as duas transições têm a mesma energia e dificilmente podem ser distinguidas no espectro óptico, "Lui disse." Mas quando um campo magnético é aplicado, as energias das transições intravalley e intervalley se tornarão diferentes. "

A equipe realizou os experimentos no Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético em Tallahassee, Flórida. Eles mostram os caminhos de decadência intravalley e intervalley dos trions.

"Nossos resultados fornecem uma visão mais completa, imagem multipercurso da dinâmica trion em monocamada WSe ₂ , "disse Jeremiah van Baren, um estudante de pós-graduação no laboratório de Lui, que compartilha autoria igual com Liu. "Eles se baseiam na descrição existente de trions em materiais 2-D e são essenciais para promover a ciência e a tecnologia Valleytronic baseadas em trion."

O artigo de pesquisa, publicado em Cartas de revisão física , é intitulado "Recombinação óptica multipercurso de excitons e trions intervalley escuros em WSe de monocamada ₂ . "Resultados relacionados foram relatados recentemente por duas outras equipes de pesquisa lideradas por cientistas do Rensselaer Polytechnic Institute e da Universidade de Washington.