Le contrôle électrique local du rendement de photoluminescence d’un semi-conducteur bidimensionnel (2D) est un objectif longtemps recherché en optoélectronique, pour le développement d’une future technologie des nanodispositifs. Les précédentes tentatives d’un tel contrôle se sont heurtées à la difficulté de contrôler l’injection locale de porteurs de charge dans le semi-conducteur et visualiser simultanément comment la diffusion des excitons et leurs interactions avec les porteurs de charge modifient les propriétés d’émission du semi-conducteur.

Dans un article tout juste paru dans la revue Nano Letters, des chercheurs de l’ISMO et de l’IPCMS résolvent ce problème en exploitant le courant tunnel sous la pointe d’un microscope à effet tunnel (STM), tout en enregistrant simultanément une image en champ large de la photoluminescence au moyen d’un microscope optique. Avec cette nouvelle approche expérimentale, ces chercheurs démontrent la manipulation du rendement de photoluminescence excitonique dans un semi-conducteur 2D, ici une monocouche de disulfure de tungstène (WS2). L’injection par effet tunnel d’électrons de la pointe dans la bande de conduction de la monocouche de WS2 induit un dopage électronique local de l’échantillon, qui se traduit par des gradients de densité de porteurs de charge sur des distances latérales de plusieurs micromètres autour de la position de la pointe. La microscopie et la spectroscopie de photoluminescence en champ large révèlent comment de tels gradients modifient les processus de recombinaison des excitons et la création de complexes excitoniques chargés (trions) et, finalement, comment ils modifient le rendement de photoluminescence.

Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement de nanodispositifs excitoniques basés sur les semi-conducteurs 2D, où les processus excitoniques élémentaires peuvent être contrôlés électriquement et localement avec une résolution spatiale sans précédent.

Contact ISMO : Eric Le Moal
Contacts IPCMS : Stéphane Berciaud et Guillaume Schull
Collaboration avec l’Université de Campinas au Brésil

Référence article :
Tip-Induced and Electrical Control of the Photoluminescence Yield of Monolayer WS2
Ricardo Javier Peña Román, Remi Bretel, Delphine Pommier, Luis Enrique Parra Lopez, Etienne Lorchat, Elizabeth Boer-Duchemin, Gérald Dujardin, Andrei G. Borisov, Luiz Fernando Zagonel, Guillaume Schull, Stéphane Berciaud, Eric Le Moal
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.2c02142