Materiales 2D vibrantes
Un equipo internacional de investigación ha determinado por primera vez la intensidad con la que vibran los materiales 2D cuando se excitan electrónicamente con la luz
Los componentes electrónicos actuales de ordenadores, teléfonos móviles y muchos otros dispositivos se basan en soportes de silicio microestructurados. Sin embargo, esta tecnología casi ha alcanzado sus límites físicos y los tamaños de estructura más pequeños posibles.
Esquema del experimento.
Donghai Li, University of Würzburg
Por ello, se están investigando intensamente los materiales bidimensionales (2D). Estos materiales se pueden imaginar como películas extremadamente finas formadas por una sola capa de átomos. El más conocido es el grafeno, una capa atómicamente fina de grafito. Por su descubrimiento, Andre Geim y Konstantin Novoselov recibieron el Premio Nobel de Física en 2010.
Mientras que el grafeno está formado exclusivamente por carbono, existen otros numerosos compuestos 2D que se caracterizan por sus especiales propiedades ópticas y electrónicas. Actualmente se están investigando innumerables aplicaciones potenciales de estos compuestos, por ejemplo, para su uso en células solares, en microelectrónica y optoelectrónica, en materiales compuestos, catálisis, en diversos tipos de sensores y detectores de luz, en imágenes biomédicas o en el transporte de fármacos en el organismo.
La energía de la luz puede hacer vibrar los materiales 2D
Para la función de estos compuestos 2D, se aprovechan sus propiedades especiales. "Es importante saber cómo reaccionan a la excitación con luz", afirma el profesor Tobias Brixner, director de la Cátedra de Química Física I de la Universidad Julius-Maximilians (JMU) de Würzburg, en Baviera (Alemania).
En principio, los materiales 2D se excitan electrónicamente como las células solares de silicio ordinarias cuando les llega suficiente energía luminosa. Sin embargo, la energía puede hacer que la capa atómicamente delgada vibre al mismo tiempo. Esto, a su vez, influye en las propiedades optoelectrónicas.
La fuerza del acoplamiento excitón-fontón es difícil de determinar
Hasta ahora se desconocía con qué intensidad la luz excita estas oscilaciones en un material 2D a temperatura ambiente. Ahora, en una colaboración internacional, un equipo dirigido por Tobias Brixner ha conseguido determinar por primera vez la fuerza de la excitación de las oscilaciones al absorber la luz en un material 2D -en concreto, en un "dicalcogenuro de metal de transición"- a temperatura ambiente.
Esta cantidad, conocida en la jerga técnica como fuerza de acoplamiento excitón-fontón, es difícil de determinar porque a temperatura ambiente el espectro de absorción está muy "difuminado" y no se pueden separar las líneas espectrales individuales", afirma el físico y físico-químico de la JMU.
Un postdoctorado desarrolló una microscopía 2D coherente
Ahora, sin embargo, el investigador postdoctoral Dr. Donghai Li, de Würzburg, ha desarrollado el método de "microscopía 2D coherente". Combina la resolución espacial de un microscopio con la resolución temporal de femtosegundos de pulsos láser ultracortos y con la resolución de frecuencia multidimensional. Esto permitió a Li cuantificar la influencia de las oscilaciones.
Brixner explica: "Sorprendentemente, resultó que la fuerza de acoplamiento excitón-fontón en el material investigado es mucho mayor que en los semiconductores convencionales. Este hallazgo es útil para seguir desarrollando materiales 2D para aplicaciones específicas".
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