p De células solares a sensores optoeletrônicos a lasers e dispositivos de imagem, muitas das tecnologias de semicondutores atuais dependem da absorção de luz. A absorção é especialmente crítica para estruturas de tamanho nano na interface entre duas barreiras de energia chamadas de poços quânticos, em que o movimento dos portadores de carga está confinado a duas dimensões. Agora, pela primeira vez, uma lei simples de absorção de luz para semicondutores 2D foi demonstrada. p Trabalhando com membranas ultrafinas do arsenieto de índio semicondutor, uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (DOE) (Berkeley Lab) descobriu uma unidade quântica de absorção de fótons, que eles apelidaram de "A _Q , "que deve ser geral para todos os semicondutores 2D, incluindo semicondutores compostos da família III-V, preferidos para filmes solares e dispositivos optoeletrônicos. Esta descoberta não só fornece novos insights sobre as propriedades ópticas de semicondutores 2D e poços quânticos, deve também abrir portas para novas tecnologias optoeletrônicas e fotônicas exóticas.

p "Usamos membranas independentes de arsenieto de índio com até três nanômetros de espessura como um sistema de material modelo para sondar com precisão as propriedades de absorção de semicondutores 2D em função da espessura da membrana e da estrutura da banda de elétrons, "diz Ali Javey, um cientista docente na Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e professor de engenharia elétrica e ciência da computação na Universidade da Califórnia (UC) em Berkeley. "Descobrimos que a magnitude da absortância escalonada nesses materiais é independente da espessura e dos detalhes da estrutura da banda."

p Javey é um dos dois autores correspondentes de um artigo que descreve esta pesquisa no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) O artigo é intitulado "Quantum de absorção óptica em semicondutores bidimensionais". Eli Yablonovitch, um engenheiro elétrico que também possui nomeações conjuntas com Berkeley Lab e UC Berkeley, é o outro autor correspondente.

p Trabalhos anteriores mostraram que o grafeno, uma folha bidimensional de carbono, tem um valor universal de absorção de luz. Javey, Yablonovitch e seus colegas descobriram agora que uma lei generalizada semelhante se aplica a todos os semicondutores 2D. Esta descoberta foi possível graças a um processo único que Javey e seu grupo de pesquisa desenvolveram, no qual filmes finos de arseneto de índio são transferidos para um substrato opticamente transparente, neste caso, fluoreto de cálcio.

p "Isso nos forneceu membranas ultrafinas de arseneto de índio, apenas algumas células unitárias de espessura, que absorvem luz em um substrato que não absorveu luz, "Javey diz." Fomos então capazes de investigar as propriedades de absorção óptica das membranas que variam em espessura de três a 19 nanômetros em função da estrutura e espessura da banda. "

p Usando os recursos de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) do Beamline 1.4.3 na fonte de luz avançada do Berkeley Lab, uma instalação de usuário nacional do DOE, Javey, Yablonovitch e seus co-autores mediram a magnitude da absortância da luz na transição de uma banda eletrônica para outra em temperatura ambiente. Eles observaram um aumento discreto gradual em cada transição das membranas de arseneto de índio com um A _Q valor de aproximadamente 1,7 por cento por etapa.

p "Esta lei de absorção parece ser universal para todos os sistemas semicondutores 2D, "diz Yablonovitch." Nossos resultados adicionam ao entendimento básico das interações elétron-fóton sob forte confinamento quântico e fornecem uma visão única para o uso de semicondutores 2D para novas aplicações fotônicas e optoeletrônicas. "