Composants électroniques actuels dans les ordinateurs, les téléphones portables et de nombreux autres appareils sont basés sur des supports en silicium microstructuré. Cependant, cette technologie a presque atteint ses limites physiques et les plus petites tailles de structure possibles.

Les matériaux bidimensionnels (2D) font donc l'objet de recherches intensives. On peut imaginer ces matériaux comme des films extrêmement minces constitués d'une seule couche d'atomes. Le plus connu est le graphène, une fine couche atomique de graphite. Pour sa découverte, Andre Geim et Konstantin Novoselov ont reçu le prix Nobel de physique en 2010.

Alors que le graphène est constitué uniquement de carbone, il existe de nombreux autres composés 2-D caractérisés par des propriétés optiques et électroniques particulières. D'innombrables applications potentielles de ces composés sont actuellement à l'étude, par exemple pour une utilisation dans des cellules solaires, en micro et optoélectronique, en matériaux composites, catalyse, dans divers types de capteurs et de détecteurs de lumière, en imagerie biomédicale ou dans le transport de médicaments dans l'organisme.

L'énergie lumineuse peut faire vibrer les matériaux 2D

Pour la fonction de ces composés 2-D, on exploite leurs propriétés particulières. "Il est important de savoir comment ils réagissent à l'excitation avec la lumière, " dit le professeur Tobias Brixner, directeur de la chaire de chimie physique I à Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Bavière, Allemagne.

En principe, Les matériaux 2-D sont excités électroniquement, tout comme les cellules solaires au silicium ordinaires, lorsqu'une énergie lumineuse suffisante les frappe. Cependant, l'énergie peut faire vibrer la couche atomiquement mince en même temps. Cela influence à son tour les propriétés optoélectroniques.

La force du couplage exciton-phonon est difficile à déterminer

Jusqu'à maintenant, on ne savait pas à quel point la lumière excite de telles oscillations dans un matériau 2D à température ambiante. Maintenant, dans une collaboration internationale, une équipe dirigée par Tobias Brixner a réussi pour la première fois à déterminer la force de l'excitation d'oscillation lors de l'absorption de la lumière dans un matériau 2-D, à savoir dans un « dichalcogénure de métal de transition » à température ambiante.

« Cette quantité, connu dans le jargon technique sous le nom de force de couplage exciton-phonon, est difficile à déterminer car à température ambiante, le spectre d'absorption est très « étalé » et aucune raie spectrale individuelle ne peut être séparée, ", explique le physicien et physico-chimiste JMU.

Postdoc a développé une microscopie 2D cohérente

Maintenant, cependant, le chercheur postdoctoral Dr. Donghai Li à Würzburg a développé la méthode de « microscopie 2D cohérente ». Il combine la résolution spatiale d'un microscope avec la résolution temporelle femtoseconde des impulsions laser ultra-courtes et avec la résolution fréquentielle multidimensionnelle. Cela a permis à Li de quantifier l'influence des oscillations.

Brixner explique :« Étonnamment, il s'est avéré que la force de couplage exciton-phonon dans le matériau étudié est beaucoup plus grande que dans les semi-conducteurs conventionnels. Cette découverte est utile dans le développement ultérieur de matériaux 2D pour des applications spécifiques. »