30.06.2022 - Carl von Ossietzky Universität Oldenburg

Hacer brillar los semiconductores oscuros

Un equipo internacional de investigación dirigido por científicos de la Universidad de Oldenburg ha logrado manipular la estructura de niveles de energía en una muestra ultrafina de tal manera que este semiconductor, que normalmente tiene un bajo rendimiento de luminiscencia, comenzó a emitir luz.

Que un sólido pueda emitir luz, por ejemplo como diodo emisor de luz (LED), depende de los niveles de energía de los electrones en su red cristalina. Un equipo internacional de investigadores dirigido por los físicos de la Universidad de Oldenburg, el Dr. Hangyong Shan y el Prof. Dr. Christian Schneider, ha conseguido manipular la estructura de niveles de energía en una muestra ultrafina del semiconductor diselenuro de wolframio de tal manera que este material, que normalmente tiene un bajo rendimiento de luminiscencia, comenzó a brillar. El equipo ha publicado un artículo sobre su investigación en la revista Nature Communications.

Según los investigadores, sus hallazgos constituyen un primer paso hacia el control de las propiedades de la materia a través de los campos de luz. "La idea se ha discutido durante años, pero aún no se había puesto en práctica de forma convincente", dijo Schneider. El efecto de la luz podría utilizarse para optimizar las propiedades ópticas de los semiconductores y contribuir así al desarrollo de innovadores LED, células solares, componentes ópticos y otras aplicaciones. En particular, las propiedades ópticas de los semiconductores orgánicos -plásticos con propiedades semiconductoras que se utilizan en pantallas flexibles y células solares o como sensores en textiles- podrían mejorarse de esta manera.

El diseleniuro de wolframio pertenece a una clase inusual de semiconductores formada por un metal de transición y uno de los tres elementos azufre, selenio o telurio. Para sus experimentos, los investigadores utilizaron una muestra que consistía en una única capa cristalina de átomos de tungsteno y selenio con una estructura tipo sándwich. En física, este tipo de materiales, que sólo tienen unos pocos átomos de grosor, también se conocen como materiales bidimensionales (2D). Suelen tener propiedades inusuales porque los portadores de carga que contienen se comportan de forma completamente distinta a los de los sólidos más gruesos, y a veces se les denomina "materiales cuánticos".

El equipo dirigido por Shan y Schneider colocó la muestra de diselenuro de tungsteno entre dos espejos especialmente preparados y utilizó un láser para excitar el material. Con este método lograron crear un acoplamiento entre las partículas de luz (fotones) y los electrones excitados. "En nuestro estudio demostramos que, a través de este acoplamiento, la estructura de las transiciones electrónicas puede reordenarse de tal manera que un material oscuro se comporta efectivamente como uno brillante", explicó Schneider. "El efecto en nuestro experimento es tan fuerte que el estado inferior del diselenuro de tungsteno se vuelve ópticamente activo". El equipo también pudo demostrar que los resultados experimentales coincidían en gran medida con las predicciones de un modelo teórico.

El estudio actual es el resultado de la colaboración entre los investigadores de la Universidad Carl von Ossietzky de Oldenburg (Alemania) y sus colegas de la Universidad de Reykjavik (Islandia), la Universidad de Würzburg (Alemania), la Universidad Friedrich Schiller (Alemania), la Universidad Estatal de Arizona (EE.UU.) y el Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales de Tsukuba (Japón). Partes de la teoría fueron desarrolladas por colegas de la Universidad ITMO de San Petersburgo (Rusia) antes de que las universidades pusieran fin a su colaboración.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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