Faire briller les semi-conducteurs sombres

Qu’un solide puisse ou non émettre de la lumière, par exemple comme une diode électroluminescente (LED), dépend des niveaux d’énergie des électrons dans son réseau cristallin. Une équipe internationale de chercheurs dirigée par les physiciens de l’Université d’Oldenbourg, le Dr Hangyong Shan et le professeur Dr Christian Schneider, a réussi à manipuler les niveaux d’énergie dans un échantillon ultra-mince de diséléniure de tungstène semi-conducteur de telle manière 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 scientifique Communication Nature.

Selon les chercheurs, leurs découvertes constituent une première étape vers le contrôle des propriétés de la matière à travers des champs lumineux. “L’idée a été discutée pendant des années, mais n’avait pas encore été mise en œuvre de manière convaincante”, a déclaré Schneider. L’effet lumineux pourrait être utilisé pour optimiser les propriétés optiques des semi-conducteurs et contribuer ainsi au développement de LED innovantes, cellules solaires, composants optiques et autres applications. En particulier, les propriétés optiques des semi-conducteurs organiques – des plastiques aux propriétés semi-conductrices 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 constitués d’un métal de transition et l’un des trois éléments soufre, sélénium ou tellure. Pour leurs expériences, les chercheurs ont utilisé un échantillon constitué d’une seule couche cristalline de tungstène et des atomes de sélénium avec une structure en sandwich. En physique, ces matériaux, qui n’ont que quelques atomes d’épaisseur, sont également connus sous le nom de matériaux bidimensionnels (2D). Ils ont souvent des propriétés inhabituelles parce que le porteurs de charges ils contiennent un comportement complètement différent de ceux des solides plus épais et sont parfois appelés “matériaux quantiques”.

L’équipe dirigée par Shan et Schneider a placé le diséléniure de tungstène échantillon entre deux miroirs spécialement préparés et utilisé un laser pour exciter le matériau. Avec cette méthode, ils ont pu créer un couplage entre particules légères (photons) et des électrons excités. “Dans notre étude, nous démontrons que via ce couplage, la structure des transitions électroniques peut être réarrangée de telle sorte qu’un matériau sombre se comporte effectivement comme un matériau brillant”, a expliqué 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.

Fourni par l’Université d’Oldenbourg