Les matériaux bidimensionnels (2D) dotés de propriétés physiques uniques telles que de fortes interactions lumière-matière, un profil atomiquement mince et une recombinaison rapide des porteurs pourraient offrir une plate-forme intéressante pour étudier les dispositifs optoélectroniques en physique fondamentale. Par conséquent, il est urgent de trouver les matériaux 2D favorables qui améliorent les performances de l'appareil.

Le tellure 2D mono-élémentaire (Te) émergent est une nouvelle option intrigante. Ce matériau, doté d'une structure de chaîne hélicoïdale unique, présente des caractéristiques prometteuses, telles qu'une bande interdite dépendante des couches, une mobilité des porteurs extraordinairement élevée, une forte réponse optique et une bonne stabilité à l'air.

Dans un nouvel article publié dans Light :Science &Application , une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Qingli Zhou du Laboratoire clé d'optoélectronique térahertz du ministère de l'Éducation et du Centre d'innovation avancée de Pékin pour la théorie et la technologie de l'imagerie, Département de physique, Université normale de la capitale, Laboratoire national de physique de la matière condensée de Pékin, Institut de physique, de l'Académie chinoise des sciences, de Chine, et ses collègues ont développé des modulateurs THz basés sur Te pour promouvoir avec succès les performances de l'appareil aux niveaux optimaux et applicables parmi les modulateurs haut débit entièrement 2D existants.

Les chercheurs ont découvert que les nanofilms de Te peuvent atteindre une profondeur de modulation élevée sur une échelle de temps picoseconde et présenter une réponse ultrasensible sous une faible excitation de pompe. En combinaison avec la conception d'hétérostructures entièrement 2D et l'ingénierie du substrat, l'optimisation des paramètres du dispositif peut être réalisée. Par conséquent, leur hétérojonction fabriquée avec l'ordre d'empilement Ge/Te présente une profondeur de modulation ultra élevée et une durée de vie de porteuse de courte durée accompagnées de propriétés de faible perte et de large bande passante.

D'autres expériences de photoréponse montrent l'effet de rectification évident dans Ge/Te dû à la barrière d'interface. Pour explorer l'impact significatif observé de l'ordre d'empilement, l'équipe a calculé la direction du champ électrique induit par le substrat et a découvert son mécanisme d'interaction inhabituel dans la dynamique des porteurs photoexcités associée au transfert de charge et à la recombinaison des excitons intercouches.

Leurs résultats pourraient fournir une compréhension plus complète du mécanisme interne du transfert de charge ultrarapide et de la dynamique des excitons dans les hétérostructures entièrement 2D, guider la conception d'hétérointerfaces et envisager une nouvelle classe d'interfaces économes en énergie, à grande vitesse et à faible perte d'insertion, et Dispositifs photoniques THz accordables à large bande.

Les modulateurs THz haute performance sont centrés autour du nanofilm Te et de ses hétérojonctions pour résoudre le problème du compromis entre profondeur et vitesse de modulation. De plus, ils ont découvert que l’ordre d’empilement des matériaux a une influence évidente sur la propriété de modulation. Le calcul et l'analyse clarifient que le champ effectif du substrat détermine la structure de bande de l'interface hétérogène à travers l'ordre d'empilement, et que les comportements transitoires optiques peuvent ainsi être régulés.

"Nous introduisons des nanofilms Te 2D avec une structure unique en tant que nouvelle classe de modulateurs THz à contrôle optique et démontrons que leurs hétérojonctions intégrées peuvent améliorer avec succès les performances du dispositif aux niveaux optimaux et applicables parmi les modulateurs à large bande entièrement 2D existants.

"D'autres mesures de photoréponse confirment l'impact significatif de l'ordre d'empilement. Nous clarifions d'abord la direction du champ électrique induit par le substrat grâce à des calculs de principes premiers et découvrons le mécanisme d'interaction inhabituel dans la dynamique des porteurs photoexcités associée au transfert de charge et à la recombinaison des excitons intercouches. .

"Nos résultats obtenus montrent que les hétérojonctions vdW entièrement 2D basées sur Te avec l'ingénierie du substrat peuvent améliorer remarquablement les performances du dispositif et ouvrir une nouvelle idée pour la conception, l'optimisation et l'application de modulateurs THz hautement efficaces à commande optique", déclarent les chercheurs.

"Nous pensons que les résultats de ces travaux sont non seulement d'un grand intérêt au niveau fondamental, mais offrent également des orientations pour la conception et le développement futurs de modulateurs THz haute performance basés sur des nanomatériaux fonctionnels", ont déclaré les scientifiques.