Oprettelse af en elektronhulsvæske ved stuetemperatur

At lave en væske ud af elektroner er kompliceret, men det åbner døren for forskning inden for en bred vifte af elektronik. NC -statens fysikere har oprettet et fasediagram, der kan hjælpe forskere med at skabe denne væske ved stuetemperatur, gør det meget lettere for alle at studere.

NC -statsfysiker Alexander Kemper og postdoktorforsker Avinash Rustagi studerer, hvad der sker, når du forstyrrer halvledere ved at spændende deres elektroner med lys. De gør dette for bedre at forstå materialets egenskaber og for at identificere materialer, der kan være nyttige i elektroniske enheder lige fra computere til medicinsk detektion og terapeutisk udstyr. For nylig, de offentliggjorde en undersøgelse, der forklarer, hvordan man skaber en væske af elektroner og "huller" ved stuetemperatur ved at forstyrre en bestemt type materiale:monolagsovergangsmetal -dichalcogenider (eller TMDC'er).

Hvordan dannes en elektronhulsvæske? Kort fortalt, det er som dampens overgang til vand, der sker, når vi afkøler damp under dens kogepunkt. Skinnende lys på en halvleder ophidser elektronerne i den, kaldes fotoexcitation. Fotoekscitation i en halvleder skaber en stor densitet af elektroner og huller (hvis en elektron exciteres til en højere tilstand, efterlader den et hul i sin gamle tilstand). Hvis disse fotoopspændte ladestationer lever længe nok og interagerer stærkt, der kan dannes en elektronhulsvæske (EHL).

Det lyder virkelig enkelt, men er normalt ikke. For at danne, EHL'er kræver typisk kryogene temperaturer (et sted omkring -238 grader Fahrenheit eller -150 grader Celsius).

"Disse begrænsninger har hindret efterforskningen af ​​EHL -tilstand til potentielle anvendelser i optoelektroniske og valleytroniske enheder, "siger Rustagi." Men fremkomsten af ​​TMDC'er har givet mulighed for den nylige observation af EHL ved og over stuetemperatur. Faktisk, NC -statens fysiker Kenan Gundogdu's gruppe arbejder i den retning lige nu. "

TMDC'er er halvledere med egenskaber, der er af interesse for alle, der ønsker at få elektronik til at fungere hurtigere og mere effektivt. Monolags TMDC'er er tynde halvledere, kaldes 2-D, fordi de er omkring et atomlag tykke. Når materialer er så tynde, nye fysiske egenskaber dukker op.

Kemper og Rustagi kiggede på monolaget TMDC molybdendisulfid (MoS2), og kortlagde et fasediagram for dets overgang fra en gas af elektronhullepar til EHL. Deres fasediagram indeholder de nødvendige betingelser - tæthed af fotoopspændte ladningsbærere og temperatur - for EHL -dannelse, og kan tjene som en plan for andre forskere, der er interesseret i at studere TMDC -halvledere i EHL -staten.

"Den usædvanligt lange levetid for foto-begejstrede bærere gør EHL-dannelse ved stuetemperatur mulig ved høj fotoopspændt bærertæthed, "siger Rustagi." Dette åbner muligheder for at studere EHL under forskellige effekter, som magnetfelter eller belastning, til potentielle teknologiske anvendelser. Forestil dig at være i stand til at tune ejendommen af ​​et materiale ved at udsætte det for lys. Med TMDC'er, udsættelse for højintensitetslys kan føre til EHL, effektivt at ændre en halvleder til at opføre sig som et metal. "