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  • 这里示出的是二硫化钼,二硫化钼的晶体结构,与在黄色蓝色和硫原子中所示钼原子。当用激光的脉冲串击中,自由电子和空穴结合而形成的组合称为trions,由两个电子和一个孔,以及通过橙色和绿色球表示在这里。

    这里示出的是二硫化钼,二硫化钼的晶体结构,与在黄色蓝色和硫原子中所示钼原子。当用激光的脉冲串击中,自由电子和空穴结合而形成的组合称为trions,由两个电子和一个孔,以及通过橙色和绿色球表示在这里。

    插图:什 - 路易斯奥利瓦雷斯/ MIT

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在原子级薄的半导体光电导的非常规

光电导的新机制可能会导致下一代激子设备。


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它是在电子设备的众所周知的现象:在半导体闪耀光,如在计算机芯片和太阳能电池所使用的硅,将使其更导电。但现在研究人员已经发现,在一个特殊的半导体,光可具有相反的效果,使材料少导电代替。

这种现象被发现在一个异乎寻常的二维半导体 - 二硫化钼(MOS的单层2)只是三个原子厚。报道称是在一个文件中发现 物理评论快报 由澳门太阳城最新网站博士后约书亚吕;新加坡国立大学医院gedik,劳伦斯℃。和萨拉W上。物理学比登哈恩职业发展副教授;和其他六人在澳门太阳城最新网站,哈佛大学,并在台湾。

研究人员发现,当通过强激光脉冲,单层金属氧化物半导体被照射2 被减小到其初始导电率的大约三分之一。团队使用的光的激光脉冲来产生效果和时间延迟的太赫兹脉冲来检测的材料的导电性的响应。

“由通过材料测量太赫兹辐射的透射,我们可以提取其导电率,” gedik说。 “这种方法比其连接的电触点至所述样品和测量电流的常规方法更方便。”

当半导体被光照射时,其导电率增加的倾向。这是因为光吸收产生对松散的电子和空穴 - 地点中的材料与“缺失”的电子 - 促进电流通过所述材料的流动。这种现象一直是设计和优化光电子器件如太阳能电池,数码相机,和其它光检测器的基础。

MIT的研究小组,但是,观察到在二维半导体相反的行为。 “原子薄层状晶体已经在近年来深入研究的课题,”吕说。 “这些材料中的一种显着的性质是载流子在二维平面中的强约束。 ......因此,载流子之间的静电相互作用比在三维实体强得多。”

强静电相互作用产生一个有趣的效果:当光产生,而不是在一个三维固体自由就像它们飞出在材料中的电子 - 空穴对,它们保持在一起的约束。这样的结合的状态被称为激子。

事实上,单层在MOS相互作用2 是如此强烈,激子可以与两个电子和一个孔捕获所述材料额外的自由电子,并形成束缚态。

“这些复杂的粒子称为trions,”吕说。 “它们是类似于氢离子,其由两个电子和一个质子的带负电的”。

在单层MOS2,trions具有相同净电荷为电子,但质量大致三倍的电子的。 “他们更重质量会缓和他们对电场的反应,并降低了材料的导电性,”吕说。

而不是增加的自由电荷的人口中,照明实际上原来的自由电子转换为具有相同的电荷密度较重trions。这对于单层MOS的导电性的降低的原因2 在照明下。

“这是光电导的在半导体的新机​​制,” Gedik说,“还没有被观察到之前。”

“虽然负光电导已经在一些半导体系统的报道,它总是从外在因素,如缺陷发生时,”雷补充道。 “在这种情况下,它是晶体的固有性质”。

trions已知是通常出现在非常低的温度和持续时间极短的周期不稳定颗粒 - 因此它已经非常具有挑战性的,以检测其对材料电导率的影响。 “在单层MOS2,该trionic效果是如此强烈,我们甚至可以在室温下看到它,”吕说。 “虽然trions住了不到十亿分之一秒,我们的超快太赫兹技术可以检测到它们它们衰变之前。”

gedik说,作品“可以帮助我们实现室温激子器件”,这原本需要极低的温度下。此外,由于作用在开与关使用光脉冲进行切换,这样的装置可以很容易而不有线连接来控制。

到目前为止,球队只研究在MOS的影响2,属于一个家族的新的二维半导体。 “有其他类型的二维材料与[相似]强trionic效果的。”雷说。 “他们很可能会表现出相同的光导现象”。

小董许,在谁没有参与这项研究的华盛顿大学的物理学教授,他说这是“一件有趣和扎实的工作。”他补充说,“这样的结果是二硫化钼强库仑相互作用的另一个证据,一致在单层的过渡金属二硫属化物稳健trions以往的研究“。

这项研究是由美国支持能源和美国国家科学基金会的部门。


主题: 研究, 物理, 科学学院, 纳米科学和纳米技术, 美国国家科学基金会(NSF), 半导体, 石墨烯

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