Som ett betydande framsteg för nästa generations halvledare har ett samarbetande forskarlag gjort banbrytande upptäckter inom området tvådimensionella (2D) halvledare.
Deras resultat, publicerade i Nano Letters , kasta ljus över generering och kontroll av trioner, vilket ger värdefulla insikter om de optiska egenskaperna hos dessa material.
2D-halvledare, kända för sina exceptionella ljusegenskaper per volymenhet med hög flexibilitet på grund av deras atomlagertjocklek, har en enorm potential för tillämpningar inom områden som avancerade flexibla enheter, nanofotonik och solceller.
Forskargruppen fokuserade på att utnyttja de optiska egenskaperna hos 2D-halvledare, särskilt genererings- och rekombinationsprocesserna för elektron-hålspar, för att utveckla ljusemitterande enheter och optiska applikationer.
För att aktivt kontrollera interaktionen mellan excitoner och trioner och analysera ljusegenskaper i realtid, utvecklade teamet sitt eget sondförstärkta resonansspektroskopisystem baserat på guldnanotrådar. Genom att kombinera ett enda lager av MoSe2 , en 2D-halvledare, med guldnanotrådar och ett sondförstärkt resonansspektroskopisystem, skapade forskarna en sammansatt struktur och en kraftfull analysplattform. Genom detta lyckades de identifiera principen att generera trioner, som inte varit känd tidigare.
Forskarna upptäckte att det multipolära läget för elektrisk laddning spelar en betydande roll för att inducera omvandlingen av excitoner till trioner i 2D-halvledare. Med det sondförstärkta resonansspektroskopisystemet uppnådde de realtidsanalys av nano-ljusegenskaper med en exceptionell rumslig upplösning på cirka 10 nm, vilket översteg gränsen för ljusdiffraktion. Detta möjliggjorde identifieringen av principen bakom triongenerering och utvecklingen av reversibel aktiv kontroll över exciton-trionomvandlingen.
Dessutom fungerade guldsonden som en antenn, fokuserade ljus på ett område i nanostorlek och genererade högenergitermokroner. Elektronerna som genererades av denna process injicerades sedan i 2D-halvledaren, vilket ytterligare förbättrade kontrollen över triongenerering. Detta genombrott ledde till förslaget om en ny "nanoaktiv kontrollplattform", som möjliggör realtidskontroll med ultrahög upplösning över materiens tillstånd, som överträffar traditionell mätutrustning.
Mingu Kang, den första författaren till studien, sa:"Vi har inte bara framgångsrikt kontrollerat excitoner och trioner, utan vi har också identifierat de underliggande principerna som styr deras interaktion med plasmoner och termotroner." Han tillade vidare, "Vi tror att vår forskning kommer att ge ett betydande genombrott för forskare inom områden som använder excitoner och trioner, såsom solceller och fotoelektriska integrerade kretsar."
Forskargruppen leddes av professor Kyoung-Duck Park och Mingu Kang vid institutionen för fysik vid POSTECH, professor Yong Doug Suh vid institutionen för kemi vid UNIST, som samtidigt innehar positionen som Associate Director vid IBS Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), och professor Hyun Seok Lee vid institutionen för fysik vid Chungbuk National University.
Mer information: 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
Tillhandahålls av Ulsan National Institute of Science and Technology
