En metode til hurtig og effektiv karakterisering af nye ultratynde halvledere

Baseret på en undersøgelse af de optiske egenskaber ved nye ultratynde halvledere, forskere fra Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) i München har udviklet en metode til hurtig og effektiv karakterisering af disse materialer.

Kemiske forbindelser baseret på grundstoffer, der tilhører de såkaldte overgangsmetaller, kan bearbejdes til dannelse af atom tynde todimensionale krystaller bestående af et monolag af det pågældende komposit. De resulterende materialer er halvledere med overraskende optiske egenskaber. I samarbejde med amerikanske kolleger, et team af LMU-fysikere under ledelse af Alexander Högele har nu undersøgt egenskaberne for tyndfilms halvledere, der består af overgangsmetal-dichalcogenider (TMD'er). Forskerne rapporterer deres fund i tidsskriftet Naturnanoteknologi .

Disse halvledere udviser en bemærkelsesværdig stærk interaktion med lys og har derfor et stort potentiale for anvendelser inden for opto-elektronik. I særdeleshed, elektronerne i disse materialer kan ophidses med polariseret lys. "Cirkulært polariseret lys genererer ladningsbærere, der udviser enten venstre- eller højrehåndet cirkulær bevægelse. Det tilhørende vinkelmoment kvantiseres og beskrives ved det såkaldte dalindeks, der kan detekteres som dalpolarisering, "Högele forklarer. I overensstemmelse med kvantemekanikkens love, dalindekset kan bruges ligesom kvantemekanisk spin til at kode information til mange applikationer, herunder kvanteberegning.

Imidlertid, nylige undersøgelser af dalindekset i TMD -halvledere har ført til kontroversielle resultater. Forskellige grupper verden over har rapporteret inkonsekvente værdier for graden af ​​polarisering af dalen. Ved hjælp af deres nyudviklede polarimetriske metode og anvendelse af monolag af det halvledende TMD -molybdendisulfid som modelsystem, LMU -forskerne har nu præciseret årsagerne til disse uoverensstemmelser:"Reaktion på polariseret lys viser sig at være meget følsom over for krystallernes kvalitet, og kan således variere betydeligt inden for den samme krystal, "Högele siger." Samspillet mellem krystalkvalitet og dalpolarisering vil give os mulighed for hurtigt og effektivt at måle de egenskaber ved prøven, der er relevante for applikationer baseret på dalens kvantitetsfrihedsgrad. "

I øvrigt, den nye metode kan anvendes på andre enkeltlags halvledere og systemer, der består af flere forskellige materialer. I fremtiden, dette vil gøre det muligt at karakterisere enheder, der er baseret på atomtynde halvledere - såsom nye typer LED'er - hurtigt og økonomisk.