Camadas ultrafinas de disseleneto de tungstênio têm aplicações potenciais em tecnologias optoeletrônicas e quânticas. Os pesquisadores da LMU agora exploraram como este material interage com a luz na presença de campos magnéticos fortes.

Devido às suas propriedades surpreendentes e versáteis, As formas de monocamada e bicamada atomicamente finas de dichalcogenetos de metais de transição semicondutores têm despertado grande interesse nos últimos anos. Até agora, a maior atenção tem sido dada às propriedades ópticas desses materiais, tais como sulfeto de molibdênio (MoS) e disseleneto de tungstênio (WSe ₂ ) Esses compostos são muito promissores como elementos em nanoescala para aplicações em tecnologias optoeletrônicas e quânticas.

Em um novo estudo, Os físicos da LMU liderados por Alexander Högele desenvolveram agora um modelo teórico, que descreve os efeitos dos campos magnéticos no comportamento dos excitons em dichalcogenetos de metais de transição ultrafinos bidimensionais. Excitons são quasipartículas fortemente ligadas, composto por um elétron na banda de condução e sua contraparte carregada positivamente na banda de valência, conhecido como buraco. Na presença de campos magnéticos fortes, os estados de energia de tais quasipartículas (ou seja, as frequências nas quais elas emitem e absorvem luz) se dividem. Esta divisão espectral pode ser medida experimentalmente e - mais importante no presente contexto - também pode ser prevista teoricamente.

No estudo, a equipe resfriou amostras de monocamada e bicamada de WSe ₂ à temperatura do hélio líquido de alguns graus Kelvin. Os pesquisadores então usaram a espectroscopia óptica para medir os espectros de emissão em função do campo magnético de até 9 Tesla e determinaram a divisão induzida pelo campo. "Medidas como esta são úteis para estudar excitons, que por sua vez determinam a interação luz-matéria de semicondutores, "Högele explica.

Já se sabia que os excitons podem se formar em diferentes configurações. Além de excitons brilhantes, que acopla diretamente à luz, o emparelhamento de elétrons e lacunas pode produzir excitons escuros de spin e escuros de momento. Até agora, não foi possível atribuir conclusivamente as assinaturas observadas nos espectros de emissão para essas diferentes espécies de excitons. Na presença de campo magnético, Contudo, picos de emissão individuais exibem divisões espectrais características. "Essa divisão pode ser usada para discriminar entre os vários tipos de excitons, "diz Högele, "mas apenas se tivermos o modelo teórico correspondente." A equipe do LMU desenvolveu uma teoria para calcular, a partir dos primeiros princípios, a divisão espectral para os diferentes tipos de excitons em WSe de monocamada e bicamada ₂ submetido a campo magnético, e comparou suas previsões teóricas com os dados experimentais.

Os resultados fornecem uma melhor compreensão das propriedades optoeletrônicas de WSe. ₂ e dichalcogenetos de metais de transição relacionados, onde excitons representam a interface primária para a luz interagir com a matéria em nanoescala. Camadas ultrafinas de WSe ₂ servir como um banco de ensaio para explorações tecnológicas de acoplamento de matéria leve em dispositivos optoeletrônicos, incluindo fotodetectores e emissores ou dispositivos fotovoltaicos. "Esses materiais ultrafinos são mecanicamente flexíveis e extremamente compactos, "diz Högele. Eles também são potencialmente viáveis ​​para tecnologias quânticas, pois hospedam vales como graus quânticos de liberdade que podem servir como qubits, as unidades básicas de processamento de informações em computadores quânticos.