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Inicio > Prensa > Futuros componentes básicos para la energía fotovoltaica: un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Göttingen observa por primera vez la formación de excitones «oscuros» entre capas de Moiré
Representación artística de las capas retorcidas de diseleniuro de tungsteno (arriba) y disulfuro de molibdeno (abajo). Después de la excitación con luz, se forma una gran cantidad de excitones ópticamente «oscuros» entre las capas. Estos excitones «oscuros» son pares de agujeros de electrones conectados por Coulomb (esferas claras y oscuras conectadas por líneas de campo) que no se pueden observar directamente con luz visible. Una de las cuasipartículas más interesantes es el «excitón de capa intermedia muaré» que se muestra en el centro de la imagen, donde el agujero está en una capa y el electrón está en la otra. La formación de estos excitones en la escala de tiempo de femtosegundos y la influencia del potencial muaré (representado por picos y valles en las capas) se investigaron en el estudio actual utilizando microscopía de fotoemisión pulsada de femtosegundos y teoría mecánica cuántica. CRÉDITO Brad Baxley, Part to Whole, LLC |
Resumen:
Un equipo internacional de investigadores dirigido por la Universidad de Göttingen ha observado por primera vez la acumulación de un fenómeno físico relacionado con la conversión de la luz solar en energía eléctrica en materiales 2D. Los científicos lograron hacer visibles las cuasipartículas, los llamados excitones de capa intermedia de muaré oscuro, y explicaron su formación utilizando la mecánica cuántica. Los investigadores muestran cómo una técnica experimental recientemente desarrollada en Göttingen, la microscopía de pulsos de fotoemisión de femtosegundos, proporciona conocimientos profundos a nivel microscópico que serán relevantes para el desarrollo de tecnologías futuras. Los resultados fueron publicados en Nature.
Futuros componentes básicos para la energía fotovoltaica: un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Göttingen observa la formación de excitones «oscuros» entre capas de muaré por primera vez
Goettingen, Alemania | Publicado el 19 de agosto de 2022
Las estructuras atómicamente delgadas hechas de materiales semiconductores bidimensionales son candidatas prometedoras para futuros componentes en electrónica, optoelectrónica y fotovoltaica. Curiosamente, las propiedades de estos semiconductores se pueden controlar de una manera inusual: al igual que los ladrillos de Lego, las capas atómicamente delgadas se pueden apilar una encima de la otra. Pero hay otro truco importante: si bien los ladrillos de Lego solo se pueden apilar unos sobre otros, ya sea directamente o rotarlos 90 grados, el ángulo de rotación se puede variar en la estructura de los semiconductores. Es precisamente este ángulo de rotación el que interesa para la producción de nuevos tipos de células solares. Aunque cambiar esta perspectiva puede revelar avances para nuevas tecnologías, también genera desafíos experimentales. De hecho, los enfoques experimentales típicos solo tienen acceso indirecto a los excitones de la capa intermedia de muaré, por lo que estos excitones se conocen comúnmente como excitones «oscuros». «Con la ayuda de la microscopía de pulsos de fotoemisión de femtosegundos, logramos hacer visibles estos excitones oscuros», explica el Dr. Marcel Reutzel, líder del grupo de investigación junior en la Facultad de Física de la Universidad de Göttingen. «Esto nos permite medir cómo se crean los excitones en una escala de tiempo de una millonésima de millonésima de milisegundo. Podemos describir la dinámica de la formación de estos excitones con la teoría mecánica cuántica que se desarrolló en el grupo de investigación de Marburg del profesor Ermin Malic. «
«Estos resultados no solo nos brindan una visión fundamental de la formación de excitones de la capa intermedia de muaré oscuro, sino que también abren una perspectiva completamente nueva para permitir a los científicos estudiar las propiedades optoelectrónicas de materiales nuevos y fascinantes», dice el profesor Stefan Mathias, líder de estudios en la Facultad de Física de la Universidad de Göttingen. “Este experimento es innovador porque por primera vez hemos demostrado la firma del potencial muaré impreso en el excitón, es decir, la influencia de las propiedades combinadas de las dos capas de semiconductores retorcidos. En el futuro, continuaremos estudiando este efecto específico para aprender más sobre las propiedades de los materiales resultantes».
Esta investigación fue posible gracias a la Fundación Alemana de Investigación (DFG), los fondos del Centro de Investigación Colaborativa para el CRC «Control de Conversión de Energía en Escalas Atómicas» y «Matemáticas del Experimento» en Göttingen y el CRC «Estructura y Dinámica de Interfaces Internas» en Marburgo.
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Publicación original: Schmitt et al. «Formación de excitones de capa intermedia muaré en el espacio y el tiempo», Nature 2022. DOI: 10.1038/s41586-022-04977-7:
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