 Гетероструктуры, образованные различными трехмерными полупроводниками, образуют основу для современных электронных и фотонных устройств. Ученым университета Вашингтона удалось успешно совместить два различных сверхтонких полупроводника, каждый из которых имеет один атомный слой с толщиной примерно в 100000 раз тоньше человеческого волоса, чтобы сделать новую двумерную гетероструктуру с возможностями использования в экологически чистой энергии и оптически активной электронике.
Исследователи синтезировали и изучили оптические свойства нового типа полупроводникового «бутерброда». Их структура отличается от гетероструктур из трехмерных полупроводников. Ученые создали систему для изучения особых свойств этих атомарно тонких слоев и их потенциал, чтобы ответить на основные вопросы об физике и разработке новых электронных и фотонных технологий.
Когда полупроводники поглощают свет, пары положительных и отрицательных зарядов могут образовываться и связываться вместе, чтобы создать так называемые экситоны. Ученые давно изучали характер поведения экситонов, но когда они сжаты до двумерного предела в атомарно тонких материалах, то могут произойти удивительные взаимодействия.
В то время как традиционные полупроводниковые материалы манипулируют потоком заряда электрона, данное устройство позволит экситонам сохраняться в «долинах» - понятии из квантовой механики, похожей на спин электронов. Это очень важный шаг в развитии новых наноразмерных технологий, которые объединяют свет с электроникой.
Исследователи хотели создать и исследовать свойства двумерной полупроводниковой гетероструктуры, состоящей из двух различных слоев материала, естественно расширяя их предыдущие исследования на атомно тонких переходах, а также наноразмерных лазеров на основе атомно-тонких слоев полупроводников. Изучая, как лазерный луч взаимодействует с этой гетероструктурой, они собрали информацию о физических свойствах на атомно резкой границе.
Многие исследовательские группы уже изучали оптические свойства отдельных двумерных листов. Здесь же исседователи тщательно укладывают один материал на другой, а затем изучают новые свойства, которые возникают на границе.
Ученые получили два типа полупроводниковых кристаллов - диселенид вольфрама и диселенид молибдена диселенида (MoSe2) от коллег из лаборатории Оук-Ридж. Они использовали собственные разработанные методы, точно располагающие два слоя, каждый из которых является производным от каждого кристалла. Чтобы полностью раскрыть процесс, потребовалось несколько лет. Теперь, когда они знают, как это делать правильно, они могут повторить процесс за один ил два года.
Попытки заставить эти устройства излучать свет создает уникальную проблему, связанную со свойствами электронов в каждом слое. Электроны имеют уникальные спиновые и долинные свойства для каждого слоя, и их размещение влияет на то, как они взаимодействуют со светом.
Посредством согласования кристаллических решеток, авторы могли возбудить гетероструктуры с помощью лазера и создать оптически активные экситоны между двумя слоями.
Эти экситоны на границе может хранить информацию об долине на порядок дольше, чем любой из слоев самостоятельно. Этот долгий срок службы приведет к захватывающим эффектам, которые могут привести к дальнейшим оптическим и электронным приложениям с функциональностью долины.
Теперь, когда исследователи могут эффективно сделать полупроводниковую гетероструктуру из двумерных материалов, они желают изучить ряд увлекательных физических свойств - в том числе изменение поведения экситонов по мере изменения их углов между слоями.
|
