Nanomønster elektroniske egenskaber af snoede 2-D halvledere ved hjælp af twist

Et team af forskere ved National Graphene Institute, har vist, at atomgitre af let snoede 2-D overgangsmetal dichalcogenider gennemgår omfattende gitterrekonstruktion, som kan mønstre deres optoelektroniske egenskaber på nanometerlængdeskala.

Siden isoleringen af ​​grafen i 2004, forskere har identificeret et væld af 2-D materialer, hver med specifikke og ofte spændende egenskaber.

Vigtigere, disse atomisk tynde krystaller kan stables sammen, på samme måde som at stable legoklodser, for at skabe kunstige materialer med ønskede egenskaber, kendt som heterostrukturer.

Den gensidige rotation af tilstødende krystaller i sådanne heterostrukturer, eller vride, spiller en vigtig rolle i deres resulterende egenskaber, men indtil videre har disse undersøgelser stort set været begrænset til grafen og sekskantet bornitrid.

I rapporten, udgivet i Natur nanoteknologi , holdet har beskrevet, at for små snoede vinkler justerer atomgitre af overgangsmetal dichalcogenider lokalt for at danne perfekt stablede dobbeltlagsøer, adskilt af korngrænser, som akkumulerer den resulterende stamme. Ved hjælp af atomopløsningstransmissionselektronmikroskopi (TEM) har de vist, at stabling af de to monolag næsten parallelt med hinanden (drejningsvinkel tæt på 0°) og antiparallel (drejningsvinkel tæt på 180°) producerer slående forskellige periodiske domænemønstre.

De elektroniske egenskaber af 2-D materialer forventes at afhænge af den lokale atomare stabling konfiguration og sådanne periodiske domæne netværk kan åbne en vej til mønster materiale egenskaber med nanometer præcision. Til det formål, holdet har fundet ud af, at domæne i næsten parallelle dobbeltlag viser iboende asymmetri af elektroniske bølgefunktioner, som tidligere ikke var set i andre 2-D materialer.

I anti-parallelle dobbeltlag, den resulterende domænestruktur producerer stærke piezoelektriske teksturer detekteret af ledende atomkraftmikroskop, som vil styre elektronernes bevægelse, huller og excitoner i dette system.

Dette arbejde viser, at "twist"-graden af ​​frihed i heterostrukturdesign kan tillade skabelsen af ​​nye spændende kvantesystemer, såsom kontrollerbare periodiske arrays af kvanteprikker og enkeltfotonemittere.

Astrid Weston, som forfattede papiret sagde:"En grundlæggende forståelse af udviklingen af ​​krystalstruktur i snoede overgangsmetal dichalcogenider er afgørende for studiet af deres spændende elektroniske og optiske egenskaber og manglede i feltet."

Dr. Roman Gorbatjov, som ledede holdet sagde:"Twistet vil have banebrydende indvirkning på feltet af 2-D materialer, og vores arbejde er en vigtig milepæl på denne vej."