Les semi-conducteurs sont omniprésents dans la technologie moderne, permettant ou empêchant le flux d’électricité. Afin de comprendre le potentiel des semi-conducteurs bidimensionnels pour les futures technologies informatiques et photovoltaïques, des chercheurs des universités de Göttingen, Marburg et Cambridge ont étudié le lien qui se crée entre les électrons et les trous contenus dans ces matériaux. En utilisant une méthode spéciale pour rompre la liaison entre les électrons et les trous, ils ont pu obtenir un aperçu microscopique des processus de transfert de cost à travers une interface semi-conductrice. Les résultats ont été publiés dans Science Developments.
Lorsque la lumière éclaire un semi-conducteur, son énergie est absorbée. En conséquence, les électrons chargés négativement et les trous chargés positivement se combinent dans le semi-conducteur pour previous des paires appelées excitons. Dans les semi-conducteurs bidimensionnels les additionally modernes, ces excitons ont une énergie de liaison extraordinairement élevée. Dans leur étude, les chercheurs se sont lancés le défi d’investiguer le trou de l’exciton. Comme l#39explique le physicien et premier auteur Jan Philipp Bange de l#39Université de Göttingen : « Dans notre laboratoire, nous utilisons la spectroscopie de photoémission pour étudier comment l#39absorption de la lumière dans les matériaux quantiques conduit à des processus de transfert de cost. Jusqu#39à présent, nous nous sommes concentrés sur les électrons qui font partie de la paire électron-trou, que nous pouvons mesurer à l#39aide d#39un analyseur d#39électrons. Jusqu#39à présent, nous n#39avions aucun moyen d#39accéder directement aux trous eux-mêmes. Nous nous sommes donc intéressés à la question de savoir remark caractériser non juste l#39électron de l#39exciton mais aussi son trou.
Pour répondre à cette problem, les chercheurs, dirigés par le Dr Marcel Reutzel et le professeur Stefan Mathias de la faculté de physique de l#39université de Göttingen, ont utilisé un microscope spécial pour photoélectrons en combinaison avec un laser de haute intensité. Au cours du processus, la rupture d’un exciton entraîne une perte d’énergie dans l’électron mesuré dans l’expérience. Reutzel explique : « Cette perte d#39énergie est caractéristique de différents excitons, en fonction de l#39environnement dans lequel l#39électron et le trou interagissent. » Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé une construction composée de deux semi-conducteurs atomiquement minces différents pour montrer que le trou de l’exciton se transfère d’une couche semi-conductrice à l’autre, à la manière d’une cellule solaire. L#39équipe du professeur Ermin Malic de l#39université de Marburg a pu expliquer ce processus de transfert de charge à l#39aide d#39un modèle décrivant ce qui se passe au niveau microscopique.
Mathias résume : « À l#39avenir, nous souhaitons utiliser la signature spectroscopique de l#39conversation entre électrons et trous pour étudier de nouvelles phases dans des matériaux quantiques à des échelles de temps et de longueur extremely-courtes. De telles études peuvent constituer la foundation du développement de nouvelles systems et nous j#39espère pouvoir y contribuer à l#39avenir. »
Cette recherche a bénéficié du financement de la Fondation allemande pour la recherche (DFG) pour les centres de recherche collaboratifs « Contrôle à l#39échelle atomique de la conversion d#39énergie » et « Mathématiques de l#39expérience » à Göttingen et « Construction et dynamique des interfaces internes » à Marburg.
