Team afklarer dalpolarisering for elektroniske og optoelektroniske teknologier

Et tværfagligt team af forskere ved U.S. Naval Research Laboratory (NRL) har afsløret en direkte sammenhæng mellem prøvekvalitet og graden af ​​dalpolarisering i monolags overgangsmetal dichalcogenider (TMD'er). I modsætning til grafen, mange monolag TMD'er er halvledere og viser lovende for fremtidige anvendelser inden for elektroniske og optoelektroniske teknologier.

I denne forstand, en 'dal' refererer til området i en elektronisk båndstruktur, hvor både elektroner og huller er lokaliseret, og 'dalpolarisering' refererer til forholdet mellem dalpopulationer - en vigtig målestok anvendt i valleytronics-forskning.

"En høj grad af dalpolarisering er teoretisk blevet forudsagt i TMD'er, men eksperimentelle værdier er ofte lave og varierer meget, "sagde Kathleen McCreary, Ph.D., hovedforfatter af undersøgelsen. "Det er ekstremt vigtigt at bestemme oprindelsen af ​​disse variationer for at fremme vores grundlæggende forståelse af TMD'er samt fremme inden for valleytronics."

Mange af nutidens teknologier (dvs. solid state belysning, transistorer i computerchips, og batterier i mobiltelefoner) er afhængige af elektronens ladning, og hvordan den bevæger sig gennem materialet. Imidlertid, i visse materialer såsom monolag TMD'er, elektroner kan selektivt placeres i en valgt elektronisk dal ved hjælp af optisk excitation.

"Udviklingen af ​​TMD-materialer og hybride 2D/3D-heterostrukturer lover forbedret funktionalitet, der er relevant for fremtidige missioner fra forsvarsministeriet, sagde Berend Jonker, Ph.D., hovedefterforsker af programmet. "Disse omfatter elektronik med ultralav effekt, ikke-flygtig optisk hukommelse, og kvanteberegningsapplikationer inden for informationsbehandling og sansning."

De voksende områder inden for spintronics og valleytronics sigter mod at bruge spin- eller dalpopulationen, i stedet for kun at betale, at gemme oplysninger og udføre logiske operationer. Fremskridt på disse udviklingsområder har tiltrukket sig opmærksomhed fra industriledere, og har allerede resulteret i produkter såsom magnetisk random access memory, der forbedrer de eksisterende ladningsbaserede teknologier.

Holdet fokuserede på TMD monolag som WS2 og WSe2, som har høj optisk responsivitet, og fandt, at prøver, der udviste lav fotoluminescens (PL) intensitet, udviste en høj grad af dalpolarisering. Disse resultater tyder på et middel til at konstruere dalpolarisering via kontrolleret introduktion af defekter og ikke-strålende rekombinationssteder

"Virkelig forståelse af årsagen til prøve-til-prøve variation er det første skridt mod valleytronic kontrol, " sagde McCreary. "I den nærmeste fremtid, vi kan muligvis øge polarisationen nøjagtigt ved at tilføje defekte steder eller reducere polarisering ved passivering af defekter. "

Resultaterne af denne forskning er rapporteret i august 2017-udgaven af ACS Nano .