Matériaux 2D vibrants – Technoguide

Les composants électroniques actuels des ordinateurs, des téléphones mobiles et de nombreux autres appareils sont basés sur des supports de silicium microstructurés. 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 couche atomiquement mince de graphite. Pour sa découverte, Andre Geim et Konstantin Novoselov ont reçu le prix Nobel de physique en 2010.

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

L’énergie lumineuse peut faire vibrer les matériaux 2D

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

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

La force du couplage exciton-phonon est difficile à déterminer

Jusqu’à présent, on ne savait pas à quel point la lumière excite de telles oscillations dans un matériau 2D à température ambiante. Aujourd’hui, dans le cadre d’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 2D – à savoir dans un «dichalcogénure de métal de transition» – à température ambiante.

“Cette quantité, connue 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 ligne spectrale individuelle ne peut être séparée”, explique le physicien et physicien chimiste de la JMU .

Postdoc a développé une microscopie 2D cohérente

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

Brixner explique: “De manière surprenante, 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.”

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université de Würzburg. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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