Særskilte køremekanismer identificeret for opladningsrækkefølge i monolag vanadiumdiselenid

NUS-fysikere har opdaget, at monolag vanadiumdiselenid (VSe₂ ) har sameksisterende ladningsordnede tilstande med to adskilte drivmekanismer.

Ladningstæthedsbølger (CDW'er) er statiske moduleringer af elektrontæthed - typisk forekommende med et periodisk interval på nogle få gitterkonstanter i krystallinske materialer. Konventionelle CDW'er forekommer inden for parallelle områder af den elektroniske ("Fermi") overflade og er ledsaget af en periodisk (Peierls) modulering af det underliggende atomgitter.

Selvom de har været kendt i næsten et århundrede, fortsætter CDW'er med at få betydelig opmærksomhed inden for det kondenserede stoffysiske samfund. Forekomsten og tunerbarheden af ​​CDW'er i ultratynde todimensionelle (2D) materialer er særligt interessante, da disse materialer også kan være vært for andre nye tilstande (f.eks. magnetisme og superledning) og kan være nyttige til elektroniske applikationer. Ladningsrækkefølgen i ultratynde materialer med enkelte eller få lag af atomer er også af fundamental interesse, på grund af den øgede betydning af elektron-elektron-interaktioner.

Vanadiumdiselenid (VSe₂ ) i sin monolagsform er et prototypisk overgangsmetal dichalcogenid. Den har en konventionel trekantet CDW med en periodicitet på fire gange dens gitterkonstant, 4a (hvor a er gitterkonstanten). Grundtilstanden for monolag VSe₂ er omgivet af kontroverser, med kontrasterende rapporter om ordnede tilstande af strukturel, elektronisk og magnetisk oprindelse. Etablering af arten og oprindelsen af ​​debiteringsordren i monolag VSe₂ er vigtigt i betragtning af dets anvendelse i potentielle anvendelser og i forståelsen af ​​virkningerne af stærk kobling og korrelationer i ultratynde materialer.

Forskerholdet ledet af professor Andrew WEE og adjunkt Anjan SOUMYANARAYANAN begge fra Institut for Fysik, National University of Singapore gjorde betydelige fremskridt med at optrevle arten og oprindelsen af ​​ladningsrækkefølgen fundet i monolag VSe₂ . Deres scanning tunneling mikroskopi (STM) eksperimenter fastslår, at mens CDW i dobbeltlag (BL)-VSe₂ er tæt beslægtet med bulkmaterialet, bliver det kvalitativt distinkt i monolag VSe₂ . Systematiske undersøgelser på tværs af forskellige substrater og temperaturer afslører, at monolag VSe₂ er vært for to kontrasterende ensrettede CDW'er med periodiciteter på henholdsvis 4a og 2,8a (se figur). Deres beregninger viser, at mens 4a CDW kan forklares ved hjælp af den konventionelle Peierls mekanisme, kan 2.8a CDW ikke forklares inden for denne ramme. I stedet viste forskerne, at denne ukonventionelle CDW kan stamme fra stærke elektron-elektron-interaktioner. Denne forskning er et samarbejde med University of Amsterdam og Indian Institute of Science.

Adjunkt Soumyanarayanan sagde:"Vores resultater har etableret monolag VSe₂ som det første materiale, der hoster to sameksisterende CDW'er, hver med en særskilt drivmekanisme. Dette arbejde adresserer kontroversen omkring den meget omdiskuterede grundtilstand for monolag VSe₂ . Det baner yderligere vejen for brugen af ​​nye interaktioner til at realisere og skræddersy ordnede tilstande i ultratynde film og heterostrukturer mod ukonventionelle elektroniske enheder."

Forskningen blev offentliggjort i ACS Nano . + Udforsk yderligere

Slashing elektroner i en ladningstæthedsbølge