Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Atomowo cienkie półprzewodniki dla nanofotoniki z politechniki w Eindhoven

ghost666 29 Jul 2022 20:00 516 0
e-mierniki
  • Atomowo cienkie półprzewodniki dla nanofotoniki z politechniki w Eindhoven
    Półprzewodniki o grubości jednej warstwy atomowej czy molekularnej, takie jak dwusiarczek molibdenu/wolframu, są obiecującymi materiałami dla urządzeń fotonicznych w nanoskali. Te, w przybliżeniu, dwuwymiarowe półprzewodniki wykorzystują tak zwane ekscytony, które są quasicząstkami — związanymi parami elektron-dziura — i mogą ustawiać się pionowo wzdłuż cienkiej płaszczyzny tych materiałów. Powyżej wymienione, spięte w pary elektron-dziura, mogą oddziaływać z ładunkami elektrycznymi, spinami i fotonami. Ten zakres interakcji wskazuje, że ekscytony mogą przynieść nową falę urządzeń opartych na fotonice i optoelektronice, działającą w nanoskali.

    W ramach swojego doktoratu Rasmus Godiksen badał ich zachowanie w ultracienkich półprzewodnikach o grubości atomowej, takich jak dwusiarczek molibdenu (MoS2) i dwusiarczek wolframu (WS2), skupiając się na emitowanym świetle. Budulce te są tak drobne, że można je aproksymować jako tworzywa 2D. W rezultacie Godiksen weryfikował ekscytony w materiałach 2D.

    Czułość

    Po pierwsze, on i jego współpracownicy wykazali, że ekscytony w materiałach 2D są bardzo wrażliwe na ich nanoskopowe środowisko. Korzystając z technik obrazowania fotoluminescencyjnego (PL), zmierzyli fluktuacje fluorescencji spowodowane przeniesieniem ładunku do półprzewodnika. Takie fluktuacje są przestrzennie skorelowane na obszarze kilkudziesięciu mikrometrów w monowarstwach WS2 na foliach metalowych. Ze względu na fluktuacje ładunku ze stanów pułapkowych (które są fazami wyłapującymi wzbudzone nośniki, takie jak elektrony, dziury i ekscytony), podążają one za statystyką prawa potęgowego z jednoczesnymi zmianami intensywności emisji, czasu życia i stosunku ekscytonów i trionów (kolejna z quasicząstek, która formuje się z nośników — elektronów i dziur — w półprzewodniku; trion składa się z trzech, np. dwóch elektronów i dziury). Statystyka prawa potęgowego jest wskaźnikiem pułapkowania i usuwania ekscytonów z układu, więc dostarcza dowodów na występujące stany z uwięzionymi ekscytonami.

    Dolinowy stopień swobody

    Ekscytony w WS2 mają również pewien dodatkowy stopień swobody w odniesieniu do dolin (szczególnego rodzaju ukształtowania przerwy energetycznej), co wiąże polaryzację spinu z kierunkiem pędu nośników. Doliny w strukturze pasmowej można badać za pomocą światła spolaryzowanego kołowo (σ+ oraz σ-). Wzbudzenie lub wykrywanie ekscytonu w jednej dolinie może być wykorzystane na przykład w technologiach informatycznych do przechowywania danych — w dolinach zapisać można dwa stany: „0” i „1”. Aby wyjaśnić kontrast w polaryzacji spin-dolina w kilkuwarstwowych płatkach WS2 i diselenku wolframu (WSe2), Godiksen wykorzystał pomiary polaryzacji kołowej PL zależne od ilości warstw i temperatury. Pozwoliło to powiązać ich przeciwstawne polaryzacje z pędem ich lokalnych minimów pasma przewodnictwa.

    Ogólną dynamiką spin-doliny rządzą czasy życia ekscytonu i doliny. Emisja spolaryzowana w dolinie jest definiowana przez konkurujące periody trwania. Poprzez skrócenie czasu życia ekscytonu można zwiększyć spolaryzowaną dolinowo emisję. Dzieje się tak, ponieważ ekscytony rekombinują i emitują światło szybciej niż rozpraszają się do innych, dostępnych dolin. Zmieniając odległość dwuwarstwy WS2 do warstwy lustra, wzmocnienie wzbudzenia zwiększa anihilację ekscyton-ekscyton, co skutkuje wyższą polaryzacją dolinową.

    Nanorezonatory krzemowe

    Wreszcie Godiksen zbadał zastosowanie nanoanten krzemowych do dalszego podbicia interakcji światła spolaryzowanego kołowo z ekscytonami spolaryzowanymi dolinowo. Wykazał on w swoich badaniach, że krystaliczne nanodyski krzemowe zachowują kołową polaryzację światła w bliskim polu, co jest wymagane do dodatkowego wzmocnienia emisji spolaryzowanej dolinowo. Wyniki Godiksena pozwalają lepiej zrozumieć interakcje ekscytonów z ładunkami, spinami i fotonami, co ma implikacje dla szeregu urządzeń nanofotonicznych wykorzystujących półprzewodniki o grubości atomowej.

    Finalnie — źródła pojedynczych fotonów są interesujące dla obliczeń kwantowych, czujników molekularnych itp. Mogą pozwolić zwiększyć ich czułość do poziomu pojedynczej cząsteczki, a urządzenia dolinotroniczne pozwolą utorować drogę nowej generacji sprzętów elektronicznych opartych na polaryzacji dolinowej dla pojedynczych ekscytonów.

    Źródło:
    https://phys.org/news/2022-06-atomically-thin-semiconductors-nanophotonics.html

    Cool? Ranking DIY
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11189 posts with rating 9469, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • e-mierniki