L'émission spontanée amplifiée est un phénomène physique qui implique l'amplification de la lumière émise spontanément par des particules excitées, en raison de photons de la même fréquence déclenchant d'autres émissions. Ce phénomène est au cœur du fonctionnement de diverses technologies optoélectroniques, y compris des lasers et des amplificateurs optiques (c'est-à-dire des dispositifs conçus pour augmenter l'intensité de la lumière).
L'excitation d'un matériau avec des photons à haute énergie peut produire ce que l'on appelle un plasma d'électrons. Cet état se caractérise par la présence dense de particules chargées négativement (c'est-à-dire des électrons) et les postes vacants chargés positivement (c'est-à-dire des trous).
Des chercheurs de l'Université de Wuhan ont récemment observé des émissions spontanées amplifiées provenant d'un plasma d'électrons dégénéré dans un semi-conducteur 2D, à savoir le disulfure de tungstène bicouche en suspension (WS (WS2). Leur article, publié dans Lettres d'examen physiquepourrait ouvrir la voie au développement de nouvelles technologies optoélectroniques basées sur des semi-conducteurs 2D.
« Cet article s'appuie sur nos études antérieures sur des états très excités dans les matériaux de dichalcogénure de métal de transition 2D, où nous avons observé une forte augmentation anormale de l'intensité de la photoluminescence (PL) à un pouvoir d'excitation seuil », a déclaré à Yiling Yu, auteur principal de l'article, à Issues.fr. « Ce phénomène a indiqué un changement de phase significatif dans le système d'électrons excité, qui, selon nous, entraînerait un changement spectaculaire dans la fonction diélectrique optique. »
L'objectif principal de la récente étude de Yu et de ses collègues était de mieux comprendre l'évolution de la fonction diélectrique lors de la forte augmentation de la photoluminescence qu'ils ont observée dans le cadre de leurs recherches antérieures. De plus, l'équipe espérait découvrir des mécanismes physiques qui entraînent cette augmentation de PL liée à la transition de phase.
« Pour y parvenir, nous avons effectué deux expériences clés », a expliqué Yu. « Premièrement, nous avons utilisé la spectroscopie transitoire de transmission différentielle sur la bicouche WS2 Sous l'excitation laser à onde continue. Cela nous a permis de détecter le gain optique se produisant simultanément avec une forte augmentation de l'intensité du PL. «
Après cette première expérience, Yu et ses collègues ont décidé de mieux comprendre les origines de l'émission spontanée amplifiée qu'ils ont observée dans WS2. Pour ce faire, ils ont mesuré le spectre de photoluminescence d'un ws2 Échantillon intégré à une cavité Fabry-Pérot, qui a finalement dévoilé les signatures d'une phase de plasma de trous électron.
« Ensemble, ces expériences ont confirmé que le gain optique et les émissions spontanées amplifiées proviennent de l'état du plasma de trou d'électrons dans le WS très excité2 système », a déclaré Yu.
La réalisation la plus notable de ces travaux récents est qu'il a démontré l'existence d'une émission spontanée amplifiée émergeant du plasma d'électrons dégénéré dans les semi-conducteurs 2D pour la première fois. De plus, les chercheurs ont rassemblé un aperçu de l'évolution de la réponse diélectrique optique à travers la transition de phase du système d'électrons excité qu'ils ont étudié.
« La capacité de la forte interaction à plusieurs corps pour maintenir le plasma de trou électronique dégénéré et le gain optique qui en résulte, met en évidence le potentiel de cette phase de trou électronique excité pour obtenir de nouveaux états quantiques macroscopiques », a déclaré Yu. « Cela pourrait faire avancer la compréhension fondamentale et les applications optoélectroniques. »
Les résultats recueillis par Yu et ses collègues pourraient bientôt inspirer davantage de groupes de recherche à explorer l'émergence de l'ASE dans les semi-conducteurs 2D, ce qui pourrait conduire à des découvertes plus intéressantes. De plus, ils pourraient contribuer à la conception et à la fabrication futures de l'optoélectronique avancée basée sur des matériaux 2D.
« Nous prévoyons de tirer parti de cette phase d'électrons excitée en tant que plate-forme pour établir des voies vers la superfluorescence et les phénomènes quantiques macroscopiques de type Bardeen-Cooper-Schrieffer en combinant ces plasma avec des structures photoniques sur mesure », a ajouté Yu.
