Faire briller les semi-conducteurs sombres
Une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques de l'université d'Oldenburg a réussi à manipuler la structure des niveaux d'énergie dans un échantillon ultrafin de telle sorte que ce semi-conducteur, qui a normalement un faible rendement de luminescence, a commencé à émettre de la lumière.
Dans leurs expériences, les physiciens d'Oldenburg dirigent la lumière laser sur des échantillons de semi-conducteurs extrêmement fins comportant divers composants optiques.
University of Oldenburg /Daniel Schmidt
La capacité d'un solide à émettre de la lumière, par exemple sous forme de diode électroluminescente (DEL), dépend des niveaux d'énergie des électrons dans son réseau cristallin. Une équipe internationale de chercheurs dirigée par les physiciens de l'université d'Oldenburg, le Dr Hangyong Shan et le professeur Christian Schneider, a réussi à manipuler la structure des niveaux d'énergie dans un échantillon ultrafin de diséléniure de tungstène semi-conducteur de telle sorte que ce matériau, qui a normalement un faible rendement de luminescence, a commencé à briller. L'équipe vient de publier un article sur ses recherches dans la revue Nature Communications.
Selon les chercheurs, leurs résultats constituent une première étape vers le contrôle des propriétés de la matière par des champs lumineux. "L'idée est discutée depuis des années, mais n'avait pas encore été mise en œuvre de manière convaincante", a déclaré M. Schneider. L'effet lumineux pourrait être utilisé pour optimiser les propriétés optiques des semi-conducteurs et contribuer ainsi au développement de LED, de cellules solaires, de composants optiques et d'autres applications innovantes. En particulier, les propriétés optiques des semi-conducteurs organiques - des plastiques aux propriétés semi-conductrices qui sont utilisés dans les écrans flexibles et les cellules solaires ou comme capteurs dans les textiles - pourraient être améliorées de cette manière.
Le diséléniure de tungstène appartient à une classe inhabituelle de semi-conducteurs composés d'un métal de transition et de l'un des trois éléments que sont le soufre, le sélénium ou le tellure. Pour leurs expériences, les chercheurs ont utilisé un échantillon composé d'une seule couche cristalline d'atomes de tungstène et de sélénium ayant une structure en sandwich. En physique, de tels matériaux, dont l'épaisseur n'est que de quelques atomes, sont également connus sous le nom de matériaux bidimensionnels (2D). Ils présentent souvent des propriétés inhabituelles, car les porteurs de charge qu'ils contiennent se comportent d'une manière complètement différente de ceux des solides plus épais, et sont parfois appelés "matériaux quantiques".
L'équipe dirigée par Shan et Schneider a placé l'échantillon de diséléniure de tungstène entre deux miroirs spécialement préparés et a utilisé un laser pour exciter le matériau. Grâce à cette méthode, ils ont pu créer un couplage entre les particules de lumière (photons) et les électrons excités. "Dans notre étude, nous démontrons que, grâce à ce couplage, la structure des transitions électroniques peut être réorganisée de telle sorte qu'un matériau sombre se comporte effectivement comme un matériau lumineux", explique Schneider. "L'effet dans notre expérience est si fort que l'état inférieur du diséléniure de tungstène devient optiquement actif". L'équipe a également pu montrer que les résultats expérimentaux correspondaient dans une large mesure aux prédictions d'un modèle théorique.
L'étude actuelle est le fruit d'une collaboration entre les chercheurs de l'université Carl von Ossietzky d'Oldenburg (Allemagne) et des collègues de l'université de Reykjavik (Islande), de l'université de Würzburg (Allemagne), de l'université Friedrich Schiller (Allemagne), de l'université d'État de l'Arizona (États-Unis) et du National Institute for Materials Science de Tsukuba (Japon). Certaines parties de la théorie ont été développées par des collègues de l'université ITMO de Saint-Pétersbourg (Russie) avant que les universités ne mettent fin à leur collaboration.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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