Un equipo de investigación internacional liderado por la Universidad de Göttingen ha desarrollado una técnica innovadora que promete mejorar significativamente tecnologías avanzadas como las células solares y los LEDs. Este avance radica en la capacidad de rastrear la formación de partículas difíciles de detectar, conocidas como excitones oscuros, en un tiempo y espacio precisos. Los resultados de este estudio han sido publicados en Nature Photonics.
La importancia de los excitones oscuros
Los excitones oscuros son pares diminutos compuestos por un electrón y el hueco que deja atrás cuando el electrón es excitado. Aunque transportan energía, no pueden emitir luz, de ahí su denominación de «oscuros». Para visualizar un excitón, se puede imaginar un globo (representando al electrón) que se aleja, dejando atrás un espacio vacío (el hueco) al que sigue conectado por una fuerza conocida como interacción de Coulomb. Estos estados de partículas son difíciles de detectar, pero son cruciales en estructuras bidimensionales atómicamente delgadas de compuestos semiconductores especiales.
En un estudio anterior, el equipo liderado por el profesor Stefan Mathias demostró cómo se crean estos excitones oscuros en un tiempo extremadamente corto y describió su dinámica utilizando la teoría cuántica. Ahora, en su investigación más reciente, han desarrollado una técnica llamada «Microscopía de Momento de Campo Oscuro Ultrafast», que les ha permitido observar por primera vez cómo se forman los excitones oscuros en un material compuesto de diseleniuro de tungsteno (WSe₂) y disulfuro de molibdeno (MoS₂). Este proceso ocurre en un tiempo asombroso de solo 55 femtosegundos, con una resolución precisa de 480 nanómetros.
El doctor David Schmitt, autor principal del estudio, subraya que «este método nos ha permitido medir la dinámica de los portadores de carga de manera muy precisa». Según el doctor Marcel Reutzel, líder del grupo de investigación junior en el equipo de Mathias, estos resultados ofrecen una visión fundamental sobre cómo las propiedades de los materiales influyen en el movimiento de los portadores de carga. Esto implica que la nueva técnica no solo es aplicable a estos sistemas diseñados, sino que también puede ser utilizada en la investigación de nuevos tipos de materiales.
La capacidad de mejorar la calidad y, por ende, la eficiencia de las células solares es un avance significativo que puede tener un impacto positivo en la sostenibilidad energética y en la transición hacia fuentes de energía más limpias. La investigación en este campo es fundamental para el desarrollo de tecnologías que no solo sean más eficaces, sino que también contribuyan a un futuro más sostenible.
Más información:
David Schmitt et al, Ultrafast nano-imaging of dark excitons, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-024-01568-y
Proporcionado por
Universidad de Göttingen
