Lorsque la lumière frappe un semi-conducteur, elle peut éjecter un électron, laissant derrière lui un trou. L'électron et le trou s'attirent et forment une paire — un exciton. Cette paire peut réémettre de la lumière, mais pas immédiatement : elle échange d'abord de l'énergie avec les vibrations du réseau cristallin — les phonons. Ces processus laissent une trace dans le spectre sous forme de bandes latérales.
Les auteurs de l'étude ont calculé ces processus pour le carbure de silicium hexagonal bidimensionnel (hSiC) — un matériau d'un atome d'épaisseur. Ils l'ont comparé au nitrure de bore hexagonal (hBN), déjà bien étudié. Il s'avère que dans le hSiC, les bandes latérales sont presque aussi intenses, bien que la distance entre le pic principal et les bandes latérales soit plus petite, et que l'on voie moins de bandes. Le rôle principal est joué par les phonons optiques à haute énergie — des vibrations où les atomes voisins se déplacent en opposition de phase.
Une durée de vie aussi courte signifie que l'exciton cède très rapidement son énergie au réseau. C'est important pour l'optoélectronique : le matériau peut commuter rapidement, tout en émettant dans le proche ultraviolet. Les calculs ont été effectués à partir des premiers principes, sans paramètres ajustables, et donnent une image fiable de l'interaction lumière-matière dans les cristaux bidimensionnels.
Les bandes latérales dans le spectre sont comme un écho du pic principal : la lumière n'est pas émise à une seule fréquence, mais avec un léger décalage dû aux vibrations du réseau.