Natuurkundigen uit Zwitserland, Duitsland, en Frankrijk hebben ontdekt dat akoestische golven met grote amplitude, gelanceerd door ultrakorte laserpulsen, kan de optische respons van halfgeleiders dynamisch manipuleren.

Een van de belangrijkste uitdagingen in materiaalwetenschappelijk onderzoek is het bereiken van een hoge afstembaarheid van de optische eigenschappen van halfgeleiders bij kamertemperatuur. Deze eigenschappen worden bepaald door "excitaties, " die zijn gebonden paren negatieve elektronen en positieve gaten in een halfgeleider.

Excitaties zijn steeds belangrijker geworden in de opto-elektronica en de laatste jaren is de zoektocht naar controleparameters – temperatuur, druk, elektrische en magnetische velden - die excitonische eigenschappen kunnen afstemmen. Echter, matig grote veranderingen zijn alleen bereikt onder evenwichtsomstandigheden en bij lage temperaturen. Significante veranderingen bij omgevingstemperaturen, die van belang zijn voor toepassingen, tot nu toe ontbraken.

Dit is nu net bereikt in het lab van Majed Chergui bij EPFL binnen het Lausanne Center for Ultrafast Science, in samenwerking met de theoriegroepen van Angel Rubio (Max-Planck Instituut, Hamburg) en Pascal Ruello (Université de Le Mans). Publiceren in wetenschappelijke vooruitgang , het internationale team toont, Voor de eerste keer, controle van excitonische eigenschappen met behulp van akoestische golven. Om dit te doen, de onderzoekers lanceerden een hoge frequentie (honderden gigahertz), akoestische golf met grote amplitude in een materiaal met behulp van ultrakorte laserpulsen. Deze strategie maakt verder de dynamische manipulatie van de exciton-eigenschappen met hoge snelheid mogelijk.

Dit opmerkelijke resultaat werd bereikt op titaandioxide bij kamertemperatuur, een goedkope en overvloedige halfgeleider die wordt gebruikt in een breed scala aan licht-energieconversietechnologieën zoals fotovoltaïsche, fotokatalyse, en transparante geleidende substraten.

"Onze bevindingen en de volledige beschrijving bieden we zeer opwindende perspectieven voor toepassingen zoals goedkope akoesto-optische apparaten of in sensortechnologie voor externe mechanische belasting, " zegt Majed Chergui. "Het gebruik van hoogfrequente akoestische golven, zoals die gegenereerd door ultrakorte laserpulsen, als controleschema's van excitonen een nieuw tijdperk plaveien voor akoesto-excitonics en active-excitonics, analoog aan actieve plasmonics, die de plasmonexcitaties van metalen exploiteert."

"Deze resultaten zijn slechts het begin van wat kan worden onderzocht door hoogfrequente akoestische golven in materialen te lanceren, " voegt Edoardo Baldini toe, de hoofdauteur van het artikel die momenteel aan het MIT werkt. "We verwachten ze in de toekomst te gebruiken om de fundamentele interacties die magnetisme beheersen te beheersen of om nieuwe faseovergangen in complexe vaste stoffen te veroorzaken."