Semi-conducteurs atomiquement minces pour la nanophotonique


Semi-conducteurs atomiquement minces pour la nanophotonique

Crédit : Rasmus Godriksen

Les semi-conducteurs atomiquement tels que le disulfure de molybdène et le disulfure de tungstène sont des matériaux prometteurs pour les dispositifs photoniques à l’ nanométrique. Ces semi-conducteurs presque 2D supportent ce que l’on appelle des excitons, qui sont des paires électron-trou liées qui peuvent s’aligner verticalement le long du plan mince des matériaux.

Les excitons sont des paires électron-trou liées qui peuvent interagir avec des charges électriques, des spins et des phonons. Cette série d’interactions suggère que les excitons pourraient annoncer une nouvelle vague de dispositifs basés sur la photonique et l’optoélectronique à l’échelle nanométrique.

Pour son doctorat. Dans sa thèse, Rasmus Godiksen a étudié le comportement des excitons dans les semi-conducteurs atomiquement minces, en se concentrant sur la émise en étudiant le potentiel des excitons dans les semi-conducteurs ultra-minces tels que le disulfure de molybdène (MoS2) et disulfure de tungstène (WS2). Les semi-conducteurs sont si fins qu’ils peuvent être assimilés à des matériaux 2D. En fait, Godiksen étudiait les excitons dans les matériaux 2D.

sensibilité

Tout d’abord, Godiksen et ses collaborateurs ont montré que les excitons 2D sont très sensibles à leur environnement nanoscopique. À l’aide de techniques d’imagerie par photoluminescence (PL), ils ont mesuré les fluctuations de fluorescence dues au transfert de charge vers le semi-conducteur. De telles fluctuations sont spatialement corrélées sur des dizaines de microns en WS2 monocouches sur films métalliques.

En raison des fluctuations de charge des états de piège (états qui piègent les porteurs de charge excités tels que les électrons, les trous et les excitons), ils suivent les statistiques de loi de puissance avec des changements simultanés d’intensité d’émission, de durée de vie et de rapports exciton-trion. La statistique de la loi de puissance est un indicateur du piégeage et du piégeage des excitons, ce qui fournit des preuves des états piégés.

Degrés de liberté

excitons dans WS2 ont également un degré de liberté par rapport aux vallées qui couple la polarisation de spin à la direction de l’impulsion. Les vallées dans la structure de la bande peuvent être examinées avec une lumière polarisée circulairement. L’excitation ou la détection d’un exciton dans une vallée peut être utilisée par exemple dans les technologies de l’information.

Expliquer le contraste de polarisation de vallée de spin dans certaines couches de WS2 et le diséléniure de tungstène (WSe2) Godiksen a utilisé des mesures PL polarisées circulairement dépendantes de la couche et de la température. Cela reliait leurs polarisations opposées à un élan différent de leurs minima de bande de conduction.

La dynamique globale de la vallée de spin est régie par les durées de vie de l’exciton et de la vallée. L’émission polarisée vallée est régie par des durées de vie concurrentes – la durée de vie de l’exciton et la durée de vie vallée. En réduisant la durée de vie de l’exciton, il est possible d’augmenter l’émission polarisée vallée. En effet, les excitons se recombinent et émettent de la lumière plus rapidement qu’ils ne se dispersent dans les autres vallées disponibles.

En changeant la distance d’un WS2 La double couche d’un miroir augmente le gain d’excitation de l’annihilation exciton-exciton, ce qui entraîne une polarisation plus élevée.

nanorésonateurs de silicium

Enfin, Godiksen a étudié l’utilisation de nanoantennes en silicium pour améliorer encore l’interaction de la lumière polarisée circulairement avec les excitons polarisés Valley. Il a montré que les nanodisques de silicium cristallin préservent la polarisation circulaire de la lumière dans le champ proche, ce qui est nécessaire pour une amélioration supplémentaire de l’émission polarisée dans la vallée.

Les résultats de Godiksen font progresser la compréhension des interactions des excitons avec les charges, les spins et les photons avec des implications pour une gamme de dispositifs nanophotoniques utilisant des semi-conducteurs atomiquement minces.

Les sources de photons uniques présentent un intérêt pour l’informatique quantique, les capteurs moléculaires pourraient augmenter la sensibilité jusqu’au niveau des molécules uniques et les dispositifs Valleytronic pourraient ouvrir la voie à une nouvelle génération de dispositifs électroniques basés sur la polarisation Valley.


De nouveaux résultats de recherche donnent un coup de pouce à Valleytronics


Plus d’information:
Semi-conducteurs atomiquement minces pour la . research.tue.nl/en/publication … rs-for-nanophotonics

Fourni par l’Université de technologie d’Eindhoven

Citation: Atomically Thin Semiconductors for Nanophotonics (14 juin 2022) Extrait le 15 juin 2022 de https://phys.org/news/2022-06-atomically-thin-semiconductors-nanophotonics.html

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