Num avanço significativo para os semicondutores da próxima geração, uma equipa de investigação colaborativa fez descobertas inovadoras no campo dos semicondutores bidimensionais (2D).



Suas descobertas, publicadas em Nano Letters , esclarecem a geração e o controle de trions, fornecendo informações valiosas sobre as propriedades ópticas desses materiais.

Os semicondutores 2D, conhecidos por suas excepcionais características de luz por unidade de volume com alta flexibilidade devido à espessura da camada atômica, possuem imenso potencial para aplicações em áreas como dispositivos flexíveis avançados, nanofotônica e células solares.

A equipe de pesquisa se concentrou em aproveitar as propriedades ópticas dos semicondutores 2D, particularmente os processos de geração e recombinação de pares elétron-buraco, para desenvolver dispositivos emissores de luz e aplicações ópticas.

Para controlar ativamente a interação de excitons e trions e analisar propriedades luminosas em tempo real, a equipe desenvolveu seu próprio sistema de espectroscopia ressonante aprimorado por sonda baseado em nanofios de ouro. Combinando uma única camada de MoSe₂ , um semicondutor 2D, com nanofios de ouro e um sistema de espectroscopia de ressonância aprimorado por sonda, os pesquisadores criaram uma estrutura composta e uma poderosa plataforma de análise. Com isso, conseguiram identificar o princípio de geração de trions, que antes não era conhecido.

Os pesquisadores descobriram que o modo multipolar de carga elétrica desempenha um papel significativo na indução da conversão de excitons em trions em semicondutores 2D. Com o sistema de espectroscopia de ressonância aprimorada por sonda, eles alcançaram análise em tempo real das propriedades da nanoluz com uma resolução espacial excepcional de aproximadamente 10 nm, ultrapassando o limite da difração da luz. Isto permitiu a identificação do princípio por trás da geração de trion e o desenvolvimento de controle ativo reversível sobre a conversão exciton-trion.

Além disso, a sonda de ouro atuou como uma antena, focando a luz em uma área de tamanho nanométrico e gerando termocrons de alta energia. Os elétrons gerados por esse processo foram então injetados no semicondutor 2D, aumentando ainda mais o controle sobre a geração de trions. Este avanço levou à proposta de uma nova “plataforma de controle nanoativo”, permitindo controle em tempo real e de altíssima resolução sobre o estado da matéria, superando os equipamentos de medição tradicionais.

Mingu Kang, o primeiro autor do estudo, afirmou:“Não apenas controlamos excitons e trions com sucesso, mas também identificamos os princípios subjacentes que governam sua interação com plasmons e termotrons”. Ele acrescentou ainda:"Acreditamos que nossa pesquisa apresentará um avanço significativo para pesquisadores em campos que utilizam excitons e trions, como células solares e circuitos integrados fotoelétricos".

A equipe de pesquisa foi liderada pelo Professor Kyoung-Duck Park e Mingu Kang do Departamento de Física da POSTECH, pelo Professor Yong Doug Suh do Departamento de Química da UNIST, que simultaneamente ocupa o cargo de Diretor Associado do IBS Center for Multidimensional Carbon Materials. (CMCM) e o professor Hyun Seok Lee do Departamento de Física da Universidade Nacional de Chungbuk.

Mais informações: Mingu Kang et al, Manipulação em nanoescala da interconversão Exciton-Trion em uma monocamada MoSe2 via espectroscopia de cavidade aprimorada com ponta, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03920
Fornecido pelo Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan