Новый механизм фотопроводимости
Новый нетрадиционный механизм фотопроводимости может привести к экситонным устройствам следующего поколения. Явление было обнаружено в экзотических двумерных полупроводниках: дисульфиде молибдена (MoS2) толщиной в три атома. Ученые обнаружили, что при облучении интенсивными лазерными импульсами в однослойном MoS2 проводимость снижается приблизительно до одной трети от первоначальной.
Обычно в полупроводнике под действием света его проводимость имеет тенденцию к увеличению. Происходит это потому, что поглощение света генерирует пар сыпучих электронов и дырок. Это явление стало основой для разработки и оптимизации оптоэлектронных устройств, таких как солнечные батареи, цифровые камеры и других приемников света. Однако команде ученых удалось наблюдать противоположное поведение в двумерном полупроводнике. Электростатические взаимодействия в однослойном MoS 2 настолько сильны, что экситоны могут захватить дополнительные свободные электроны в материале и образуют связанные состояния с двумя электронами и дыркой. Эти сложные частицы называются трионы. Они аналогичны отрицательно заряженным ионам водорода, которые состоят из двух электронов и одного протона. В однослойном MoS 2, трионы имеют одинаковый заряд, как у электрона, но массу примерно в три раза больше массы электрона. Из-за более тяжелой массы притупляется их реакция на электрическое поле, и проводимость материал снижается.
Вместо увеличения популяции свободных зарядов, свет фактически преобразует исходные свободные электроны в более тяжелые трионы с той же плотностью заряда. Это является причиной снижения проводимости однослойных MoS 2 при воздействии светом. В данном случае отрицательная фотопроводимость не возникает от внешнего фактора, как в некоторых полупроводниках, но является внутренним свойством кристалла. По словам первооткрывателей, кроме MoS 2, который принадлежит к семейству новых двумерных полупроводников, есть и другие типы двумерных материалов с аналогично сильным трионическим эффектом. Они, вероятно, продемонстрируют то же самое явление фотопроводимости.