Får mørke halvledere til at skinne

Hvorvidt et fast stof kan udsende lys, for eksempel som en lysemitterende diode (LED), afhænger af energiniveauerne af elektronerne i dets krystallinske gitter. Et internationalt team af forskere ledet af University of Oldenburg fysikere Dr. Hangyong Shan og Prof. Dr. Christian Schneider er lykkedes med at manipulere energiniveauerne i en ultratynd prøve af halvlederen wolframdiselenid på en sådan måde, at dette materiale, som har normalt et lavt luminescensudbytte, begyndte at lyse. Holdet har nu publiceret en artikel om deres forskning i det videnskabelige tidsskrift Nature Communications .

Ifølge forskerne udgør deres resultater et første skridt mod at kontrollere stoffets egenskaber gennem lysfelter. "Idéen har været diskuteret i årevis, men var endnu ikke blevet implementeret på overbevisende måde," sagde Schneider. Lyseffekten kunne bruges til at optimere halvlederes optiske egenskaber og dermed bidrage til udviklingen af ​​innovative LED'er, solceller, optiske komponenter og andre applikationer. Især de optiske egenskaber af organiske halvledere - plast med halvledende egenskaber, der bruges i fleksible displays og solceller eller som sensorer i tekstiler - kunne forbedres på denne måde.

Wolframdiselenid tilhører en usædvanlig klasse af halvledere, der består af et overgangsmetal og et af de tre grundstoffer svovl, selen eller tellur. Til deres eksperimenter brugte forskerne en prøve, der bestod af et enkelt krystallinsk lag af wolfram- og selenatomer med en sandwich-lignende struktur. I fysik er sådanne materialer, som kun er nogle få atomer tykke, også kendt som todimensionelle (2D) materialer. De har ofte usædvanlige egenskaber, fordi de ladningsbærere, de indeholder, opfører sig på en helt anden måde end dem i tykkere faste stoffer og nogle gange omtales som "kvantematerialer."

Holdet ledet af Shan og Schneider placerede wolframdiselenidprøven mellem to specielt forberedte spejle og brugte en laser til at excitere materialet. Med denne metode var de i stand til at skabe en kobling mellem lyspartikler (fotoner) og exciterede elektroner. "I vores undersøgelse demonstrerer vi, at via denne kobling kan strukturen af ​​de elektroniske overgange omarrangeres, så et mørkt materiale effektivt opfører sig som et lyst," forklarede Schneider. "Effekten i vores eksperiment er så stærk, at den nedre tilstand af wolframdiselenid bliver optisk aktiv." Holdet var også i stand til at vise, at de eksperimentelle resultater i høj grad matchede forudsigelserne fra en teoretisk model. + Udforsk yderligere

Løsning af mysteriet med kvantelys i tynde lag