¿Cómo se puede mejorar la última tecnología, como las células solares? Un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Göttingen está ayudando a encontrar respuestas a preguntas como esta con una nueva técnica. Por primera vez, la formación de partículas pequeñas y difíciles de detectar, conocidas como excitones oscuros, se puede rastrear con precisión en el tiempo y el espacio. Estos portadores invisibles de energía jugarán un papel clave en futuras células solares, LED y detectores. Los resultados fueron publicados en Fotónica de la naturaleza.
Los excitones oscuros son pequeñas pares formadas por un electrón junto con el orificio que deja hacia atrás cuando está excitado. Llevan energía pero no pueden emitir luz (de ahí el nombre «oscuro»). Una forma de visualizar un excitón es imaginar un globo (que representa el electrón) que vuela y deja un espacio vacío (el agujero) al que permanece conectado por una fuerza conocida como interacción de Coulomb. Los investigadores hablan sobre «estados de partículas» que son difíciles de detectar pero que son particularmente importantes en estructuras bidimensionales atómicamente delgadas en compuestos semiconductores especiales.
En una publicación anterior, el grupo de investigación dirigido por el profesor Stefan Mathias de la Facultad de Física de la Universidad de Göttingen pudo mostrar cómo se crean estos excitones oscuros en un tiempo inimaginablemente corto y describir su dinámica con la ayuda de la teoría mecánica cuántica. En el estudio actual, el equipo ahora ha desarrollado una nueva técnica conocida como «microscopía de momento de campo oscuro ultrarrápido», y la usó por primera vez. Esto les permitió mostrar cómo se forman los excitones oscuros en un material especial hecho de diselenuro de tungsteno (WSE₂) y disulfuro de molibdeno (MOS₂), y en un tiempo sorprendente, durando solo 55 femtosegundos (0.00000000000000055 segundos) medidos con una resolución precisa de 480 nanómetros (0.00000048 metros).
«Este método nos permitió medir la dinámica de los portadores de carga muy precisamente», explica el primer autor, el Dr. David Schmitt, también de la Facultad de Física de la Universidad de Göttingen. «Los resultados proporcionan una visión fundamental de cómo las propiedades de la muestra influyen en el movimiento de los portadores de carga. Esto significa que esta técnica puede usarse en el futuro para mejorar específicamente la calidad y, por lo tanto, también la eficiencia de las células solares, por ejemplo». El Dr. Marcel Reutzel, líder del Grupo de Investigación Junior en el Grupo de Investigación de Mathias, agrega: «Esto significa que esta técnica puede usarse no solo para estos sistemas especialmente diseñados, sino también para la investigación de nuevos tipos de materiales».
La investigación fue respaldada por los centros de investigación colaborativos financiados por DFG «control de la conversión de energía en escalas atómicas» y «matemáticas de la experimentación» en Göttingen y la estructura del centro de investigación colaborativa «estructura y dinámica de las interfaces internas» en Marburg.
