A equipe de pesquisa internacional liderada pela Universidade Göttingen desenvolve um novo método para imagens ultra -rápidas de excitons escuros
Como a tecnologia mais recente, como células solares, pode ser melhorada? Uma equipe de pesquisa internacional liderada pela Universidade de Göttingen está ajudando a encontrar respostas para perguntas como essa com uma nova técnica. Pela primeira vez, a formação de partículas minúsculas e difíceis de detectar – conhecidas como excitons escuras – pode ser rastreado com precisão no tempo e no espaço. Esses portadores invisíveis de energia desempenharão um papel fundamental em futuras células solares, LEDs e detectores. Os resultados foram publicados em Nature Photonics.
Excitons escuros são pequenos pares compostos por um elétron junto com o orifício que deixa para trás quando está excitado. Eles carregam energia, mas não podem emitir luz (daí o nome “escuro”). Uma maneira de visualizar um exciton é imaginar um balão (representando o elétron) que voa para longe e deixa para trás um espaço vazio (o buraco) ao qual ele permanece conectado por uma força conhecida como interação Coulomb. Os pesquisadores falam sobre “estados de partículas” difíceis de detectar, mas são particularmente importantes em estruturas bidimensionais atomicamente finas em compostos semicondutores especiais.
Em uma publicação anterior, o grupo de pesquisa liderado pelo professor Stefan Mathias, da Faculdade de Física da Universidade de Göttingen, foi capaz de mostrar como esses excitons sombrios são criados em um tempo inimaginavelmente curto e descrever sua dinâmica com a ajuda da teoria mecânica quântica. No presente estudo, a equipe agora desenvolveu uma nova técnica conhecida como “Microscopia de Momentum de Campo Escuro Ultrafast” e o usou pela primeira vez. Isso lhes permitiu mostrar como os excitons escuros são formados em um material especial feito de deselenida de tungstênio (WSE2) e dissulfeto de molibdênio (MOS2) – e em um tempo surpreendente, com duração de apenas 55 femtossegundos (0,000000000005 segundos) mediu com uma resolução de 480 segundos (0,000000000005,5 segundos) mediu com uma resolução de 480 nanoms (0,0000000000055). (0,00000048 metros).
“Esse método nos permitiu medir a dinâmica das transportadoras de carga com muita precisão”, explica o primeiro autor Dr. David Schmitt, também da Faculdade de Física da Universidade de Göttingen. “Os resultados fornecem uma visão fundamental de como as propriedades da amostra influenciam o movimento dos portadores de carga. Isso significa que essa técnica pode ser usada no futuro para melhorar especificamente a qualidade e, portanto, também a eficiência das células solares, por exemplo”. O Dr. Marcel Reutzel, líder do grupo de pesquisa júnior do grupo de pesquisa de Mathias, acrescenta: “Isso significa que essa técnica pode ser usada não apenas para esses sistemas especialmente projetados, mas também para pesquisas sobre novos tipos de materiais”.
Publicação original: David Schmitt et al. Nano-impressão ultra-passada de excitons escuros. Nature Photonics (2025). Doi: 10.1038/s41566-024-01568-y
