Væsentlige fremskridt inden for 2D-materialevidenskab med forskelligartede lag i et enkelt massemateriale

Forskere fra University of Manchester har udviklet en ny, men simpel metode til fremstilling af lodrette stakke af alternerende superleder- og isolatorlag af tantaldisulfid (TaS2). Resultaterne, fra et hold ledet af professor Rahul Nair, kunne fremskynde processen med at fremstille sådanne enheder - såkaldte van der Waals heterostrukturer - med anvendelse i højmobilitetstransistorer, fotovoltaik og optoelektronik.

Van der Waals heterostrukturer er meget eftertragtede, da de udviser mange unikke og nyttige egenskaber, der ikke findes i naturligt forekommende materialer. I de fleste tilfælde fremstilles de ved manuelt at stable det ene lag over det andet i en tidskrævende og arbejdskrævende proces.

Udgivet i sidste uge i tidsskriftet Nano Letters , undersøgelsen - ledet af forskere baseret på National Graphene Institute (NGI) - beskriver syntese af en bulk van der Waals heterostruktur bestående af alternerende atomlag af 1T og 1H TaS2. 1T og 1H TaS2 er forskellige polymorfer (materialer med samme kemiske sammensætning, men med en variation i atomarrangement) af TaS2 med helt forskellige egenskaber – førstnævnte isolerende, sidstnævnte superledende ved lave temperaturer.

Den nye heterostruktur blev opnået gennem syntesen af ​​6R TaS2 (en sjælden type TaS2, med alternerende 1T og 1H lagdelt struktur) via en proces kendt som "faseovergang" ved høj temperatur (800˚C). På grund af dets usædvanlige struktur viser dette materiale sameksistensen af ​​superlednings- og ladningstæthedsbølger, et meget sjældent fænomen.

Dr. Amritroop Achari, der ledede eksperimentet, sagde:"Vores arbejde præsenterer et nyt koncept til design af bulk heterostrukturer. Den nye metodologi tillader direkte syntese af bulk heterostrukturer af 1T-1H TaS2 ved en faseovergang fra en let tilgængelig 1T TaS2. Vi mener, at vores arbejde giver betydelige fremskridt inden for både videnskab og teknologi."

Internationalt samarbejde

Arbejdet blev udført i samarbejde med forskere fra NANOlab Center of Excellence ved universitetet i Antwerpen, Belgien. Deres højopløselige scanningselektronmikroskopi-analyse beviste utvetydigt den alternerende 1T-1H hetero-lagstruktur af 6R TaS2 for første gang og banede vejen for at fortolke resultaterne.

Professor Milorad Milošević, ledende forsker fra universitetet i Antwerpen, kommenterede:"Denne demonstration af en vekslende isolerende-superledende lagdelt struktur i 6R TaS2 åbner et væld af spændende spørgsmål relateret til anisotropisk adfærd af dette materiale i påført magnetfelt og strøm, emergent Josephson-fysik, terahertz-emission osv., i analogi med bulk-kuprater og jernbaserede superledere."

Resultaterne kan derfor have en udbredt indvirkning på forståelsen af ​​2D-superledning, samt yderligere design af avancerede materialer til terahertz- og Josephson junction-baserede enheder, en hjørnesten i andengenerations kvanteteknologi. + Udforsk yderligere

Ny kvantesimuleringsmetode tydeliggør korrelerede egenskaber af komplekst materiale 1T -TaS2