En los últimos años existe un creciente interés por encontrar alternativas al uso del electrón en el transporte de información, con el objetivo de incrementar la eficacia de los dispositivos. Por ejemplo, la espintrónica se basa en el estudio del espín (el momento magnético del electrón) como sustituto del electrón. Más recientemente, la llegada de materiales bidimensionales como el grafeno o semiconductores como los dicalcogenuros de metales de transición ha abierto la posibilidad de utilizar otras quasi-partículas, como el excitón, compuesto de un par electrón-hueco y sin carga eléctrica. En concreto, excitones con determinada simetría y espín generan una nueva variable independiente, llamada valle, dando lugar a la Valletrónica, un campo emergente de la electrónica cuya viabilidad haría posible el desarrollo de una nueva generación de dispositivos altamente sensibles y eficientes, gracias a sus enormes posibilidades electro-ópticas, pero también más económicos.

Una de las claves para la viabilidad de la Valletrónica consiste en generar excitones con un tiempo de vida lo suficientemente largo para que permita su manipulación y transporte. En este contexto es fundamental estudiar la generación y dinámica de los excitones; qué materiales son más aptos para la realización de la Valletrònica y cómo se pueden manipular dichos excitones.

La espectroscopia ultrarrápida es una técnica ampliamente utilizada en el estudio de la transferencia de electrones en moléculas, el desarrollo de células solares más eficientes o la investigación de procesos biológicos. En este caso, los investigadores han utilizado modelos teóricos y simulaciones para analizar experimentos de espectroscopia ultra-rápida que les permiten estudiar la dinámica de los excitones en la búsqueda de materiales aptos para su uso en Valletrónica.

El estudio que publica la revista Nano Letters, liderado por el físico Alejandro Molina Sánchez, investigador en el grupo de Materiales y Dispositivos Optoelectrónicos (Instituto de Ciencia de los Materiales de la Universitat de València, en el Parc Científic de la Universitat de València), revela los mecanismos elementales que dictan la dinámica de los excitones en el semiconductor bidimensional WSe2, un material con un espesor de solo unos pocos átomos. En este trabajo se modela la generación por medio de luz de los excitones y se predicen los principales mecanismos que influyen en su tiempo de vida medio. Estas simulaciones necesitan del uso de grandes superordenadores, como Tirant, alojado en la Universitat de València.

Alejandro Molina Sánchez es especialista en la simulación las propiedades ópticas de materiales bidimensionales, con vistas a su aplicación en dispositivos optoelectrónicos. En el marco de los desarrollos tecnológicos, la simulación de las propiedades de los materiales y la comprensión de los experimentos desempeñan un papel importante. Este trabajo ha contado con la colaboración de investigadores de la Universidad de Luxemburgo y del National Research Council de Italia.

‘Para constatar la relevancia de este proyecto en el campo de la Investigación sobre materiales 2D podemos remitirnos al grafeno’, indica Molina Sánchez. ‘En 2013, la Comisión Europea apostó por este material revolucionario destinando 1.000 millones de euros a su estudio. Los semiconductores 2D, como los dicalcogenuros de metales de transición, forman parte de esta iniciativa; y, después de cuatro años, los avances en este campo de la I+D+i apuntan a que bien pueden jugar un papel más importante que el propio grafeno a la hora de llevar la investigación básica a las aplicaciones’, concluye.

Referencia:

Ab Initio Calculations of Ultrashort Carrier Dynamics in Two-Dimensional Materials: Valley Depolarization in Single-Layer WSe₂

Alejandro Molina-Sánchez, Davide Sangalli, Ludger Wirtz, and Andrea Marini

Nano Lett., 2017, 17 (8), pp 4549–4555

DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00175

Publication Date (Web): July 10, 2017