(a) Mesures de photoluminescence (PL) montrant une transition excitonique à liquide électron-trou (EHL) et une augmentation de l'intensité maximale. (b) Décalages de la bande interdite calculés dus à la déformation de l'échantillon (référencés à K-VB). L'encart montre l'ajustement de la déformation en fonction de la température sur la base de mesures de spectroscopie Raman [10]. (c) Schéma de l'évolution de la structure de la bande au cours de l'expansion du réseau. Les lignes pointillées indiquent des niveaux quasi-Fermi pour les électrons-trous. La zone ombrée montre la bande interdite avant et après la transition de phase. Crédit: Examen physique B (2021). DOI :10.1103/PhysRevB.103.075416
Un liquide électron-trou est une formation d'état quantique collectif unique dans les semi-conducteurs où des charges libres peuvent se condenser en une gouttelette. Ces gouttelettes ont des utilisations intéressantes pour les circuits contrôlés par laser basés sur des faisceaux lumineux au lieu de fils. Malheureusement, les liquides électron-trou n'existent normalement que dans des environnements extrêmement froids, et ne sont pas pratiques pour les vrais appareils. Mais que se passerait-il si ces gouttelettes pouvaient à la place se former au fur et à mesure que le matériau se réchauffe ?
Notre étude a prédit que ces gouttelettes pourraient se condenser à des températures 1, 000 degrés (F) plus chaud qu'on ne le pensait auparavant. Nous avons fait la prédiction en combinant plusieurs modèles informatiques et des résultats expérimentaux antérieurs à utiliser comme ingrédients pour une nouvelle méta-analyse de la transition liquide électron-trou dans un flocon mince de 1 atome de bisulfure de molybdène (MoS
Nous avons montré que notre première analyse des principes correspondait aux données physiques que nous avons prises par spectroscopie, et nous avons pu mesurer des propriétés importantes du matériau, comme une énorme augmentation de l'intensité d'émission lumineuse de 23 fois, nombre de porteurs dans chaque vallée, durées de vie intrabande, et d'autres paramètres qui nous donneront un meilleur aperçu du comportement de ce matériau au niveau atomique.
Ce nouveau travail informatique suggère que la forme unique des flocons semi-conducteurs minces à 1 atome en fait d'excellents habitats pour les liquides électron-trou, même au-dessus de la température ambiante. Le mélange des résultats de plusieurs modèles informatiques et expériences nous a permis de vérifier que l'émission lumineuse de ces flocons était bien un signal de formation de gouttelettes.
Le fait que cette analyse des premiers principes prédit avec succès les mesures que nous avons précédemment observées est une grande victoire à la fois pour la validité de ces observations de liquide électron-trou et pour l'utilisation de modèles de physique fondamentale pour analyser les spectres et extraire des informations significatives sur le système.
Nous ne pouvons toujours pas expliquer complètement l'émission lumineuse provenant de ces gouttelettes, mais une chose est claire :les matériaux atomiquement minces jouent selon leur propre ensemble de règles.
