US: Wissenschaftler entdecken erstmals Higgs-Modus in einem Halbleiter

Was die Studie zeigt

Die Erfassung des Higgs-Modus ermglichte es den Forschern, ihre Bandlcken einzustellen und damit die Materialien fr Anwendungen in Solarzellen besser zu optimieren. Die Bandlcken eines Halbleitermaterials bestimmen, welche Lichtfrequenzen dieser absorbiert, um in einer Solarzellen Strom zu erzeugen, und welche Frequenzen er streut.

In ihren Experimenten begannen bei Bestrahlung des Halbleiters mit ultrakurzen Laserpulsen kleine Atomgruppen darin zu oszillieren. Die Wechselwirkungen zwischen den Elektronen dieser oszillierenden Atome vernderten zudem deren Winkel.

Interessanterweise fhrte dies ebenfalls zu einer nderung der Bandlcke des Materials. „Wir stellten fest, dass die Bandlücke periodisch und schnell zunahm und abnahm", sagte Richard Schaller, Wissenschaftler am ANL, der an der Arbeit beteiligt war. „Im Wesentlichen oszillierte die Farbe der Probe, während sie durch verschiedene Kristallsymmetrien schwenkte – sie wurde immer wieder rötlicher und dann blauer." Die Forscher stellten zudem fest, dass dieser Higgs-Modus das Kristallgitter in eine Phase lenkt, die durch Erhitzen nicht erreicht werden kann.

Dies zeigt, dass die lichtbasierte Anregung wärmebasierten Anregung unterscheidet und damit einen neuen Weg zur Erforschung -eigenschaften eröffnet. „Wenn wir Licht nutzen können, um strukturelle und elektronische Veränderungen in Materialien auf ultrakurzen Zeitskalen zu steuern, könnten sie als optische Schalter in modernen Mikroelektronik- und Quantentechnologien Anwendung finden", fügte Ayushi Shukla, Postdoktorandin am ANL, in einer Pressemitteilung hinzu. „Somit könnten die Stabilisierung neuartiger Phasen mit hoher Symmetrie und kleinen Bandlücken spannende Möglichkeiten für photovoltaische Anwendungen eröffnen." Die Forschungsergebnisse wurden in Nature Materials veröffentlicht.