Forskere udvikler guld nanotrådsspektroskopisystem for at afsløre, hvordan trioner genereres

Som et væsentligt fremskridt for næste generation af halvledere har et samarbejdende forskerhold gjort banebrydende opdagelser inden for todimensionelle (2D) halvledere.

Deres resultater, offentliggjort i Nano Letters , kaste lys over generering og kontrol af trioner, hvilket giver værdifuld indsigt i disse materialers optiske egenskaber.

2D-halvledere, der er kendt for deres exceptionelle lysegenskaber pr. volumenenhed med høj fleksibilitet på grund af deres atomlagtykkelse, rummer et enormt potentiale for anvendelser inden for områder som avancerede fleksible enheder, nanofotonik og solceller.

Forskerholdet fokuserede på at udnytte de optiske egenskaber af 2D-halvledere, især genererings- og rekombinationsprocesserne af elektron-hul-par, for at udvikle lysemitterende enheder og optiske applikationer.

For aktivt at kontrollere interaktionen mellem excitoner og trioner og analysere lysende egenskaber i realtid, udviklede holdet deres eget probe-forstærkede resonansspektroskopisystem baseret på guld nanotråde. Ved at kombinere et enkelt lag af MoSe₂ , en 2D-halvleder, med guld nanotråde og et probe-forstærket resonansspektroskopisystem, skabte forskerne en sammensat struktur og en kraftfuld analyseplatform. Herigennem lykkedes det dem at identificere princippet om at generere trioner, som ikke havde været kendt før.

Forskerne opdagede, at den multipolære tilstand af elektrisk ladning spiller en væsentlig rolle i at inducere omdannelsen af ​​excitoner til trioner i 2D-halvledere. Med det probe-forstærkede resonansspektroskopisystem opnåede de realtidsanalyse af nano-lysegenskaber med en exceptionel rumlig opløsning på cirka 10 nm, hvilket overskred grænsen for lysdiffraktion. Dette muliggjorde identifikation af princippet bag triongenerering og udviklingen af ​​reversibel aktiv kontrol over exciton-trionkonverteringen.

Desuden fungerede guldsonden som en antenne, der fokuserede lys på et område i nanostørrelse og genererede højenergi-termokroner. Elektronerne genereret af denne proces blev derefter sprøjtet ind i 2D-halvlederen, hvilket yderligere forbedrede kontrollen over triongenerering. Dette gennembrud førte til forslaget om en ny "nano-aktiv kontrolplatform", der muliggør realtidskontrol med ultrahøj opløsning over stoffets tilstand, som overgår traditionelt måleudstyr.

Mingu Kang, den første forfatter til undersøgelsen, udtalte:"Ikke kun har vi med succes kontrolleret excitoner og trioner, men vi har også identificeret de underliggende principper, der styrer deres interaktion med plasmoner og termotroner." Han tilføjede yderligere:"Vi tror på, at vores forskning vil præsentere et betydeligt gennembrud for forskere inden for områder, der bruger excitoner og trioner, såsom solceller og fotoelektriske integrerede kredsløb."

Forskerholdet blev ledet af professor Kyoung-Duck Park og Mingu Kang i Institut for Fysik ved POSTECH, professor Yong Doug Suh i Institut for Kemi ved UNIST, som sideløbende varetager stillingen som Associate Director ved IBS Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), og professor Hyun Seok Lee i Institut for Fysik ved Chungbuk National University.

Flere oplysninger: Mingu Kang et al., Nanoscale Manipulation of Exciton-Trion Interconversion in a MoSe2 Monolayer via Tip-Enhanced Cavity-Spectroscopy, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03920

Leveret af Ulsan National Institute of Science and Technology