Op basis van een onderzoek naar de optische eigenschappen van nieuwe ultradunne halfgeleiders, onderzoekers van de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) in München hebben een methode ontwikkeld voor een snelle en efficiënte karakterisering van deze materialen.

Chemische verbindingen op basis van elementen die behoren tot de zogenaamde overgangsmetalen kunnen worden verwerkt tot atomair dunne tweedimensionale kristallen bestaande uit een monolaag van het betreffende composiet. De resulterende materialen zijn halfgeleiders met verrassende optische eigenschappen. In samenwerking met Amerikaanse collega's, een team van LMU-natuurkundigen onder leiding van Alexander Högele heeft nu de eigenschappen onderzocht van dunnefilmhalfgeleiders bestaande uit overgangsmetaaldichalcogeniden (TMD's). De onderzoekers rapporteren hun bevindingen in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

Deze halfgeleiders vertonen een opmerkelijk sterke interactie met licht en hebben daardoor een groot potentieel voor toepassingen op het gebied van opto-elektronica. Vooral, de elektronen in deze materialen kunnen worden aangeslagen met gepolariseerd licht. "Circulair gepolariseerd licht genereert ladingsdragers die een links- of rechtshandige cirkelvormige beweging vertonen. Het bijbehorende impulsmoment wordt gekwantiseerd en beschreven door de zogenaamde vallei-index die kan worden gedetecteerd als valleipolarisatie, " legt Högele uit. In overeenstemming met de wetten van de kwantummechanica, de vallei-index kan net als kwantummechanische spin worden gebruikt om informatie te coderen voor veel toepassingen, waaronder kwantumcomputing.

Echter, recente studies van de vallei-index in TMD-halfgeleiders hebben tot controversiële resultaten geleid. Verschillende groepen over de hele wereld hebben inconsistente waarden gerapporteerd voor de polarisatiegraad van de vallei. Met behulp van hun nieuw ontwikkelde polarimetrische methode en met behulp van monolagen van het halfgeleidende TMD molybdeendisulfide als modelsysteem, de LMU-onderzoekers hebben nu de redenen voor deze discrepanties opgehelderd:"Reactie op gepolariseerd licht blijkt erg gevoelig te zijn voor de kwaliteit van de kristallen, en kan dus aanzienlijk variëren binnen hetzelfde kristal, " zegt Högele. "Het samenspel tussen kristalkwaliteit en dalpolarisatie stelt ons in staat om snel en efficiënt die eigenschappen van het monster te meten die relevant zijn voor toepassingen op basis van de dalkwantumvrijheidsgraad."

Bovendien, de nieuwe methode kan worden toegepast op andere monolaagse halfgeleiders en systemen die uit verschillende materialen bestaan. In de toekomst, hierdoor kunnen de functionaliteiten van apparaten op basis van atomair dunne halfgeleiders - zoals nieuwe soorten LED's - snel en economisch worden gekarakteriseerd.