Huruvida en fast substans kan avge ljus, till exempel som en lysdiod (LED), beror på energinivåerna hos elektronerna i dess kristallina gitter. Ett internationellt team av forskare ledda av University of Oldenburg fysiker Dr. Hangyong Shan och Prof. Dr. Christian Schneider har lyckats manipulera energinivåerna i ett ultratunt prov av halvledarvolframdiselenid på ett sådant sätt att detta material, som har normalt ett lågt luminescensutbyte, började glöda. Teamet har nu publicerat en artikel om sin forskning i vetenskapstidskriften Nature Communications .

Enligt forskarna utgör deras fynd ett första steg mot att kontrollera materiens egenskaper genom ljusfält. "Idén har diskuterats i flera år, men hade ännu inte implementerats på ett övertygande sätt", säger Schneider. Ljuseffekten skulle kunna användas för att optimera de optiska egenskaperna hos halvledare och därmed bidra till utvecklingen av innovativa lysdioder, solceller, optiska komponenter och andra applikationer. Särskilt de optiska egenskaperna hos organiska halvledare – plaster med halvledande egenskaper som används i flexibla displayer och solceller eller som sensorer i textilier – skulle kunna förbättras på detta sätt.

Volframdiselenid tillhör en ovanlig klass av halvledare som består av en övergångsmetall och ett av de tre grundämnena svavel, selen eller tellur. För sina experiment använde forskarna ett prov som bestod av ett enda kristallint lager av volfram- och selenatomer med en sandwichliknande struktur. Inom fysiken är sådana material, som bara är några få atomer tjocka, också kända som tvådimensionella (2D) material. De har ofta ovanliga egenskaper eftersom laddningsbärarna de innehåller uppför sig på ett helt annat sätt än de i tjockare fasta ämnen och kallas ibland för "kvantmaterial."

Teamet ledd av Shan och Schneider placerade volframdiselenidprovet mellan två speciellt förberedda speglar och använde en laser för att excitera materialet. Med denna metod kunde de skapa en koppling mellan ljuspartiklar (fotoner) och exciterade elektroner. "I vår studie visar vi att genom denna koppling kan strukturen för de elektroniska övergångarna omarrangeras så att ett mörkt material effektivt beter sig som ett ljust," förklarade Schneider. "Effekten i vårt experiment är så stark att det lägre tillståndet av volframdiselenid blir optiskt aktivt." Teamet kunde också visa att de experimentella resultaten överensstämde med förutsägelserna av en teoretisk modell i hög grad. + Utforska vidare

Lösa mysteriet med kvantljus i tunna lager