Sur la base d'une étude des propriétés optiques de nouveaux semi-conducteurs ultrafins, des chercheurs de la Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) à Munich ont développé une méthode de caractérisation rapide et efficace de ces matériaux.

Les composés chimiques à base d'éléments appartenant aux métaux dits de transition peuvent être traités pour donner des cristaux bidimensionnels atomiquement minces constitués d'une monocouche du composite en question. Les matériaux résultants sont des semi-conducteurs aux propriétés optiques surprenantes. En coopération avec des collègues américains, une équipe de physiciens du LMU dirigée par Alexander Högele a maintenant exploré les propriétés des semi-conducteurs à couche mince constitués de dichalcogénures de métaux de transition (TMD). Les chercheurs rapportent leurs découvertes dans la revue Nature Nanotechnologie .

Ces semi-conducteurs présentent une interaction remarquablement forte avec la lumière et ont donc un grand potentiel pour des applications dans le domaine de l'optoélectronique. En particulier, les électrons de ces matériaux peuvent être excités avec de la lumière polarisée. "La lumière polarisée circulairement génère des porteurs de charge qui présentent un mouvement circulaire à gauche ou à droite. Le moment angulaire associé est quantifié et décrit par ce qu'on appelle l'indice de vallée qui peut être détecté comme une polarisation de vallée, " explique Högele. En accord avec les lois de la mécanique quantique, l'indice de vallée peut être utilisé tout comme le spin mécanique quantique pour coder des informations pour de nombreuses applications, y compris l'informatique quantique.

Cependant, des études récentes de l'indice de vallée dans les semi-conducteurs TMD ont conduit à des résultats controversés. Différents groupes dans le monde ont rapporté des valeurs incohérentes pour le degré de polarisation de la vallée. À l'aide de leur nouvelle méthode polarimétrique et en utilisant des monocouches de bisulfure de molybdène semi-conducteur TMD comme système modèle, les chercheurs du LMU ont désormais précisé les raisons de ces écarts :« La réponse à la lumière polarisée s'avère très sensible à la qualité des cristaux, et peut donc varier de manière significative au sein d'un même cristal, " dit Högele. " L'interaction entre la qualité du cristal et la polarisation de la vallée nous permettra de mesurer rapidement et efficacement les propriétés de l'échantillon qui sont pertinentes pour les applications basées sur le degré de liberté quantique de la vallée. "

De plus, la nouvelle méthode peut être appliquée à d'autres semi-conducteurs monocouches et systèmes composés de plusieurs matériaux différents. À l'avenir, cela permettra de caractériser rapidement et économiquement les fonctionnalités des dispositifs basés sur des semi-conducteurs atomiquement minces, tels que les nouveaux types de LED.