Un colectivo internacional de investigación, con la participación del destacado científico Gotthard Seifert, catedrático de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Moscú (MISIS, por sus siglas en ruso), aprendió a manipular la excitación de los semiconductores bidimensionales.

El estudio, publicado en Nature Physics, representa un importante paso hacia la creación de equipos electrónicos con propiedades manipulables.

El estudio de los materiales bidimensionales —se consideran bidimensionales los sistemas en los que los electrones se mueven en un plano de solo dos coordenadas— es una de las tareas prioritarias para la ciencia actual. Los descubridores e investigadores del primer material de este tipo (grafeno) recibieron en 2010 el Premio Nobel de Física.

Gracias a sus propiedades, los materiales bidimensionales son la base de los elementos para los equipos electrónicos compactos de nueva generación. Por ejemplo, el disulfuro de molibdeno bidimensional (MoS2) se caracteriza por una alta movilidad electrónica y control de ‘Todo/Nada’ en el elemento de transistor. Todo ello permitirá aumentar notablemente la velocidad de funcionamiento de los equipos electrónicos fabricados con él.

En 2017, el uso de este material explotó tras la descripción del mecanismo de recubrimiento de defectos con MoS2, publicada en la revista ACS Nano por el catedrático Gotthard Seifert. Su equipo, entretanto, continuó estudiando las propiedades de los materiales bidimensionales.

“Las características ópticas exclusivas de monocapas de los materiales como disulfuro de molibdeno y  diseleniuro de wolframio (WSe2) son definidas por los excitones: parejas enlazadas electrón-hueco (cuasipartícula portadora de la carga positiva)”, explica el catedrático de la MISIS Gotthard Seifert.

La creación de la heteroestructura MoS2/WSe2 mediante la superposición de las monocapas individuales conduce a la aparición del excitón de nuevo tipo, donde el electrón y el hueco están espacialmente separados en diferentes capas.

“Gracias al uso de los métodos de espectroscopia y química cuántica de los primeros principios, conseguimos localizar la pareja parcialmente cargada de electrón y el hueco en MoS2/WSe2. Pudimos controlar la energía de irradiación del nuevo excitón cambiando la orientación relativa de las capas”, aclara Seifert.

Los excitones en la intercapa emiten una señal óptica específica que refleja lo que ocurre durante la superposición de las capas y pueden considerarse ideales para los experimentos de la electrónica cuántica para controlar los electrones en los ‘valles’ (mínimos locales de las zonas de conducción) de los semiconductores. Colocando al electrón en uno de estos ‘valles’ se conseguirá la codificación de máxima eficacia de la información.

Según Seifert, su equipo planea investigar de qué manera la rotación de las capas influye en las propiedades electrónicas de los materiales y los componentes que se fabriquen a partir de ellos: elementos de paneles solares, transistores y otros.

Mayo-junio 2018