2019-04-15 21:50:02
来自异国粒子状态的光

TU Wien开发了一种新型发光二极管。光是由激子复合物的辐射衰变产生的,只有几个原子厚度的层。

当粒子在自由空间中结合时,它们通常会产生原子或分子。然而,在固体物体内可以产生更多奇特的粘合状态。

TU Wien的研究人员现在已经设法利用这一点:通过将电脉冲施加到由钨和硒或硫制成的极薄的材料层上,产生了所谓的“多粒子激子复合物”。这些激子簇是由电子和材料中的“空穴”组成的键合状态,并且可以转换成光。结果是一种创新形式的发光二极管,其中可以高精度地控制所需光的波长。这些发现现已发表在Nature Communications杂志上。

电子和孔

在半导体材料中,电荷可以以两种不同的方式传输。一方面,电子可以直接穿过材料从原子到原子,在这种情况下,它们带有负电荷。另一方面,如果在半导体的某处缺少电子,那么该点将带正电并被称为“空穴”。如果电子从相邻原子向上移动并填充孔,则它会在其先前位置留下一个孔。这样,孔可以以与电子类似的方式穿过材料,但是在相反的方向上。

“在某些情况下,空穴和电子可以相互结合,”TU Wien光子学研究所(电气工程与信息技术学院)的Thomas Mueller教授说。 “类似于电子如何在氢原子中绕带正电的原子核运行,电子可以围绕固体物体中带正电的空穴运行。”

甚至更复杂的键合状态是可能的:所谓的三元组,双组分键或三元组,其涉及三个,四个或五个键合伙伴。 “例如,biexciton是氢分子H2的激子当量,”Thomas Mueller解释道。

二维层

在大多数固体中,这种粘合状态仅在极低温度下才有可能。然而,情况与所谓的“二维材料”不同,所述“二维材料”仅由原子薄层组成。 TU Wien的团队,其成员还包括Matthias Paur和Aday Molina-Mendoza,创造了一个巧妙设计的夹层结构,其中一层薄薄的二硒化钨或二硫化钨被锁定在两个氮化硼层之间。在石墨烯电极的帮助下,可以将电荷施加到该超薄层系统。

“激子在二维层状体系中具有比常规固体更高的键能,因此更加稳定。即使在室温下也可以证明由电子和空穴组成的简单键合状态。可以在以下位置检测到大的激子复合物。低温,“Thomas Mueller报道。根据系统如何使用短电压脉冲提供电能,可以产生不同的激子复合物。当这些配合物衰变时,它们以光的形式释放能量,这是新开发的层系统如何用作发光二极管。

“我们的发光层系统不仅代表了研究激子的绝佳机会,而且也是一种创新的光源,”该研究的第一作者Matthias Paur说。 “因此,我们现在有一个发光二极管,其波长可以受到特别的影响 - 而且非常容易,只需通过改变所施加的电脉冲的形状。”

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