Semicondutores bidimensionais (2D) podem hospedar um rico conjunto de espécies excitônicas por causa das interações de Coulomb bastante aprimoradas. Os estados excitônicos podem exibir grandes intensidades de oscilador e fortes interações luz-matéria, e dominar as propriedades ópticas dos semicondutores 2D. Além disso, por causa da baixa dimensionalidade, a dinâmica excitônica de semicondutores 2D pode ser mais suscetível a vários estímulos externos, enriquecendo os possíveis métodos de adaptação que podem ser explorados.

Compreender os fatores que podem influenciar a dinâmica dos estados excitados opticamente gerados representa um aspecto importante da física excitônica em semicondutores 2D, e também é crucial para a aplicação prática, pois os tempos de vida em estado excitado estão ligados às figuras-chave de mérito de vários dispositivos optoeletrônicos e fotônicos. Embora certas experiências tenham sido acumuladas para semicondutores em massa, a natureza atômica dos semicondutores 2D pode tornar essas abordagens menos eficazes ou difíceis de serem adaptadas. Por outro lado, as propriedades únicas dos semicondutores 2D, como os estados excitônicos robustos, a sensibilidade a fatores ambientais externos e flexibilidade na construção de heteroestruturas vdW, prometem estratégias de modulação diferentes dos materiais convencionais.

Em um novo artigo de revisão publicado em Luz:Ciência e Aplicações, uma equipe de pesquisadores, liderado pelo professor Fengqiu Wang da Universidade de Nanjing, A China resume os conhecimentos e avanços obtidos até agora na modulação da dinâmica de relaxação de fototransportadores em semicondutores 2D. Após um breve resumo sobre a dinâmica de relaxação do fototransportador em semicondutores 2D, os autores discutem primeiro a modulação das interações de Coulomb e os efeitos resultantes nas propriedades transitórias. As interações de Coulomb em semicondutores 2D podem ser moduladas pela introdução de triagem adicional do ambiente dielétrico externo ou portadores de carga injetados, levando à modificação dos bandgaps de quase-partículas e da energia de ligação do exciton. Em seguida, os fatores que influenciam na dinâmica do fototransportador e os métodos de manipulação são discutidos de acordo com as vias de relaxamento ou mecanismos aos quais estão associados.

O primeiro fator discutido é a distribuição inicial de fototransportadores em estruturas de banda eletrônica, que pode afetar seus processos de decadência, permitindo diferentes vias de relaxamento disponíveis no espaço de energia e momentum. Depois disso, o relaxamento assistido por defeito e o relaxamento assistido por fônon são discutidos. Embora as abordagens que utilizam relaxamento assistido por defeito, como bombardeio de íons e encapsulamento, sejam semelhantes àquelas para semicondutores a granel, a modulação no relaxamento assistido por fônon para semicondutores 2D pode ser diferente.

"Por um lado, o acoplamento entre os portadores de carga e os fônons pode ser aprimorado devido à blindagem dielétrica suprimida; por outro lado, a alta relação superfície-volume torna os materiais 2D mais suscetíveis ao ambiente fonônico externo. "Além disso, a flexibilidade na construção de heteroestruturas vdW e a transferência de carga ultrarrápida através das interfaces permitem ajustar a dinâmica do fototransportador por meio da engenharia de alinhamento de banda.

A transição entre as diferentes espécies de partículas também oferece a oportunidade de modular através da mudança das proporções entre as diferentes quasipartículas, que pode modificar a porção relativa de diferentes vias de relaxamento, e, portanto, as respostas ópticas transitórias de toda a amostra. Afinal, a modulação da dinâmica da polarização de spin / vale em TMDs 2D é discutida, e a discussão está focando principalmente nos métodos para aumentar o tempo de vida da polarização spin / vale.

Através desta revisão, os autores visam fornecer orientação para o desenvolvimento de métodos robustos de ajuste dos comportamentos de relaxação do fototransportador e fortalecer a compreensão física deste processo fundamental em semicondutores 2D. Conforme observado pelos autores na conclusão, "Esforços de pesquisa enormes ainda são necessários tanto no entendimento fundamental quanto na modulação prática da relaxação do fototransportador em semicondutores 2D."