Faire un liquide avec des électrons est compliqué, mais il ouvre la porte à la recherche dans une grande variété d'électronique. Les physiciens de NC State ont créé un diagramme de phase qui peut aider les chercheurs à créer ce liquide à température ambiante, ce qui rend les études beaucoup plus faciles pour tout le monde.

Le physicien Alexander Kemper et le chercheur postdoctoral Avinash Rustagi étudient ce qui se passe lorsque vous perturbez les semi-conducteurs en excitant leurs électrons avec de la lumière. Ils le font pour mieux comprendre les propriétés de ce matériau et pour identifier les matériaux qui pourraient être utiles dans les appareils électroniques allant des ordinateurs aux dispositifs médicaux de détection et thérapeutiques. Récemment, ils ont publié une étude qui explique comment créer un liquide d'électrons et de « trous » à température ambiante en perturbant un type particulier de matériau :les dichalcogénures de métaux de transition monocouche (ou TMDC).

Comment se forme un liquide électron-trou ? Tout simplement, c'est comme la transition de la vapeur en eau qui se produit lorsque nous refroidissons la vapeur en dessous de son point d'ébullition. La lumière brillante sur un semi-conducteur excite les électrons qu'il contient, appelé photoexcitation. La photoexcitation dans un semi-conducteur crée une grande densité d'électrons et de trous (si un électron est excité dans un état supérieur, il laisse un trou dans son ancien état). Si ces porteurs de charge photoexcités vivent assez longtemps et interagissent fortement, un liquide électron-trou (EHL) peut se former.

Cela semble vraiment simple, mais ce n'est généralement pas le cas. Pour se former, Les EHL nécessitent généralement des températures cryogéniques (environ -238 degrés Fahrenheit ou -150 degrés Celsius).

"Ces restrictions ont entravé l'exploration de l'état EHL pour des applications potentielles dans les dispositifs optoélectroniques et valleytronic, " dit Rustagi. "Mais l'émergence des TMDC a permis l'observation récente de l'EHL à et au-dessus de la température ambiante. En réalité, Le groupe du physicien de l'État de Caroline du Nord, Kenan Gundogdu, travaille actuellement dans ce sens. »

Les TMDC sont des semi-conducteurs dont les propriétés intéressent tous ceux qui cherchent à faire fonctionner l'électronique plus rapidement et plus efficacement. Les TMDC monocouches sont des semi-conducteurs minces, appelés 2-D parce qu'ils ont une épaisseur d'environ une couche atomique. Lorsque les matériaux sont aussi minces, de nouvelles propriétés physiques émergent.

Kemper et Rustagi ont examiné le disulfure de molybdène monocouche TMDC (MoS2), et tracé un diagramme de phase pour sa transition d'un gaz de paires électron-trou à EHL. Leur diagramme de phase comprend les conditions requises – densité de porteurs de charge photoexcités et température – pour la formation d'EHL, et peut servir de modèle pour d'autres chercheurs intéressés par l'étude des semi-conducteurs TMDC dans l'état EHL.

"La durée de vie inhabituellement longue des porteurs photo-excités rend possible la formation d'EHL à température ambiante à une densité de porteurs photoexcités élevée, " dit Rustagi. " Cela ouvre des pistes pour étudier l'EHL sous différents effets, comme les champs magnétiques ou la contrainte, pour des applications technologiques potentielles. Imaginez pouvoir ajuster la propriété d'un matériau en l'exposant à la lumière. Avec les TMDC, l'exposition à une lumière de haute intensité peut conduire à l'EHL, changer efficacement un semi-conducteur pour qu'il se comporte comme un métal."