Configuration du système de cartographie de la réflectivité transitoire. (A) Illustration schématique de l'appareil de cartographie de réflexion transitoire. (B) Illustration schématique de la détection de champ large. (C) Répartition de l'intensité des impulsions sur la surface de l'échantillon 2. Le faisceau de pompe a été focalisé sur la surface (dans un cercle en pointillé rouge) tandis que le faisceau de sonde a été défocalisé pour créer la détection de champ large, marquée par un cercle blanc. La zone d'exposition est marquée par un rectangle bleu, un faisceau de référence (cercle en pointillé jaune) a été focalisé directement sur la surface cible de la caméra. Dans la mesure réelle, le faisceau de pompe a été bloqué par un filtre passe-long. Crédit :Sciences (2022). DOI :10.1126/science.abn4727
L'arséniure de bore cubique (c-BA), un semi-conducteur à conductivité thermique ultra-élevée comparable au diamant, a attiré l'attention depuis 2018, de nombreuses personnes se demandant s'il convient aux transistors.
Les chercheurs essayant de répondre à cette question ont mesuré l'effet Hall pour un monocristal de c-BA en 2021, obtenant le chiffre de mobilité décevant de 22 cm 2 V -1 s -1 . De plus, leurs résultats ont montré un énorme écart entre la valeur de mobilité théorique de 1 400 cm 2 V -1 s -1 pour les électrons et 2110 cm 2 V -1 s -1 pour les trous.
Dans une étude publiée dans Science , le groupe de Liu Xinfeng du National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) et des collaborateurs de l'Université de Houston ont maintenant obtenu des chiffres précis sur la mobilité des c-BA. Ils ont découvert que la mobilité ambipolaire des c-BA est d'environ 1 550 cm 2 V -1 s -1 et plus de 3 000 cm 2 V -1 s -1 pour les porteurs chauds avec une mobilité beaucoup plus élevée.
Les chercheurs ont utilisé une technique optique distinctive appelée microscopie à réflectivité transitoire pour surveiller la diffusion des porteurs dans les c-BA.
Cette configuration technique, construite par Yue Shuai du groupe de Liu, fournit une visualisation in situ de la diffusion des porteurs avec une résolution spatio-temporelle en nanomètres et en femtosecondes. Les porteurs ont été excités par un laser femtoseconde, qui a créé un changement de réflectivité transitoire qui a été détecté par un laser femtoseconde temporisé (faisceau sonde).
Le faisceau de la sonde a été élargi à un large champ d'éclairage; ainsi, la dynamique spatio-temporelle des porteurs a pu être visualisée directement. En ajustant l'énergie du laser d'excitation au-dessous ou au-dessus de la bande interdite, les porteurs intrinsèques et les porteurs chauds pourraient être excités, respectivement. Mobilité porteuse intrinsèque d'environ 1550 cm 2 V -1 s -1 a été mesuré et correspondait bien aux prédictions théoriques.
En raison du couplage électron-phonon et phonon-phonon ultrafaible, un porteur chaud de longue durée avec une mobilité supérieure à 3 000 cm 2 V -1 s -1 a encore été obtenu.
Les chercheurs ont déclaré que l'énorme différence entre la mesure de l'effet Hall et la mesure optique était due à la large distribution des défauts dans l'échantillon. En d'autres termes, seule une petite région était suffisamment pure pour la diffusion des porteurs.
"Après un an de travail acharné, nous avons finalement trouvé la région", a déclaré Yue, premier auteur de l'article. "C'était trop petit pour la mesure de Hall."
Liu a déclaré que la mobilité élevée et la conductivité thermique ultra-élevée des c-BA en font un "matériau prometteur" dans le vaste domaine des circuits électriques et contribueront à améliorer les vitesses du processeur. Transport photoinduit de grands polarons et dynamique dans une pérovskite aux halogénures de plomb hybride organique-inorganique
