Epätavallisia valoilmaisimia

Yleensä puolijohteen valaiseminen tekee niistä sähköisesti johtavampia.

Mutta nyt MIT:ssä tehdyssä tutkimuksessa havaittiin, että intensiivinen laserpulssi heikentää molybdeenidisulfidin (MoS2) johtokykyä noin kolmasosaan alkuperäisestä.

Kun normaalia puolijohdetta valaistaan, valon absorboituminen luo helposti liikkuvan elektronin ja aukon parin. Kaksiulotteisissa sähköstaattiset vuorovaikutukset varauksenkuljettajien välillä ovat paljon vahvempia kuin kolmiulotteisilla aineilla.

Kun valo luo kaksiulotteisessa elektroni-aukkoparin ne sitoutuvat yhdeksi eksitoniksi, joka kaiken lisäksi voi kaapata ylimääräisiä vapaita elektroneja ja muodostaa sidottuja tiloja, joissa on kaksi elektronia ja yksi aukko.

Näillä trioneilla (trions) on sama nettovaraus kuin elektronilla, mutta massaa noin kolme kertaa elektronin verran mikä heikentää niiden vastetta sähkökentälle joka siten alentaa materiaalin johtavuutta.

Tällaista ilmiötä ei ole ennen havaittu huonelämpötiloissa ja sielläkin se kestää alle sekunnin miljardisosan. Vaikutus on kuitenkin kytkettävissä päälle ja pois valopulsseilla, joten laiterakenteena sitä voisi hallita ilman langallisia kontakteja.

Toinen MIT:ssä toiminut tutkijaryhmä selvitti puolestaan lyhyiden valopulssien vaikutuksia grafeenin sähköiseen käyttäytymiseen. Tässä tutkimuksessa havaittiin lisäksi, että tähän käyttäytymiseen vaikuttaa myös grafeenin elektronien pitoisuus.

Jos grafeenilla on vähäinen elektronikonsentraatio, pulssi kasvattaa materiaalin sähkönjohtavuutta aivan kuten perinteisillä puolijohteilla. Mutta jos elektronipitoisuus on korkea, pulssi heikentää johtavuutta, kuten metalleilla tapahtuu.

Havainto selittää myös grafeenista aiemmin saatuja ristiriitaisia valovasteiden tuloksia. Grafeenin pitoisuutta säädeltiin grafeenin päällä olevalla eriste-metallikalvon sekä grafeenin ja elektrodin välisen jännitteen avulla.

Tutkijoiden mukaan työ voisi tukea uusien valoilmaisimien kehitystä, joilla on ultranopeita vasteaikojen ja herkkyyttä valon taajuuksille infrapunasta ultraviolettiin asti.

Molemmissa tutkimuksissa sähkönjohtavuutta mittailtiin optisesti ohjausta huomattavasti alemman taajuuden valopulssilla. Näin mittaus onnistui liittämättä näytteeseen mitään kontakteja.