Scopri la nuova frontiera dell’optoelettronica: i fisici di Bielefeld e IFW Dresden hanno sviluppato una tecnica rivoluzionaria per controllare semiconduttori 2D con impulsi di luce terahertz ultraveloci. Verso dispositivi elettronici più rapidi, sensori avanzati e tecnologie quantistiche
I fisici controllano semiconduttori atomici con impulsi di luce ultracorti.
I fisici della Bielefeld Universitye dell’Istituto Leibniz per la Ricerca sui Materiali e lo Stato Solido di Dresda (IFW Dresden) hanno sviluppato una tecnica rivoluzionaria per controllare semiconduttori bidimensionali tramite impulsi di luce ultracorti. Lo studio, pubblicato su Nature Communications (1), apre la strada a una nuova generazione di dispositivi optoelettronici controllati direttamente dalla luce, con velocità mai raggiunte prima.
Grazie a nanoantenne progettate su scala nanometrica, la luce terahertz viene convertita in campi elettrici verticali all’interno di materiali atomici come il disolfuro di molibdeno (MoS₂). La radiazione terahertz si colloca tra l’infrarosso e le microonde nello spettro elettromagnetico. Le antenne innovative permettono di generare campi elettrici con intensità di diversi megavolt per centimetro.
«Tradizionalmente, questi campi elettrici verticali vengono applicati tramite gating elettronico per attivare transistor e dispositivi elettronici, ma tale metodo è limitato da tempi di risposta relativamente lenti», spiega il professor Dmitry Turchinovich (2), responsabile del progetto. «Il nostro approccio sfrutta direttamente la luce terahertz per generare il segnale di controllo all’interno del semiconduttore, rendendo possibile una tecnologia optoelettronica ultrarapida e compatibile con l’industria».
Tecnologia per il controllo istantaneo dei materiali
La tecnica consente il controllo in tempo reale della struttura elettronica dei materiali su scale temporali inferiori al picosecondo — ovvero un trilionesimo di secondo. Gli scienziati hanno dimostrato sperimentalmente che le proprietà ottiche ed elettroniche del materiale possono essere modificate selettivamente tramite impulsi di luce.
Il concetto fondamentale, insieme all’implementazione sperimentale e alla modellazione teorica, è stato sviluppato presso la Bielefeld University. Il dottor Tomoki Hiraoka (3), autore principale dello studio e Marie Skłodowska Curie Fellow nel gruppo del professor Turchinovich, ha avuto un ruolo chiave nel progetto. «Osservare un effetto così forte e coerente indotto esclusivamente da impulsi di luce terahertz è stato estremamente gratificante», afferma Hiraoka.
Le complesse nanoantenne ibride 3D–2D, fondamentali per ottenere questo effetto, sono state realizzate presso l’IFW Dresden da un team guidato dal dottor Andy Thomas. «Abbiamo investito molto lavoro per sviluppare dispositivi ottimali — è stato necessario fabbricare e testare numerose strutture prima di raggiungere le prestazioni desiderate», afferma Thomas.
Innovazione applicata: come le tecnologie future cambieranno ogni settore
Questa innovazione potrebbe portare allo sviluppo di dispositivi per il controllo ultrarapido dei segnali, interruttori elettronici e sensori avanzati. Tali componenti trovano impiego in sistemi di trasmissione dati, fotocamere e tecnologie laser. Le aree di applicazione potenziale includono i sistemi di comunicazione, l’informatica, l’imaging e le tecnologie quantistiche.
Riferimenti:
(1) Terahertz field effect in a two-dimensional semiconductor
(3) Tomoki Hiraoka
Descrizione foto: Il nuovo metodo consente di controllare direttamente i semiconduttori ultra-sottili tramite impulsi di luce terahertz. - Credit: Bielefeld University.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Terahertz light controls atomically thin semiconductors