تنگستن دی‌تورید (WTe2) یک دی‌کالکوژنید فلز واسطه با مزایا و ویژگی‌های فراوان است که آن را به یک ماده ایده‌آل برای طیف وسیعی از کاربردهای الکترونیکی تبدیل می‌کند. مطالعات گذشته نشان داده است که دو بعدی WTe2 کریستال هایی که در یک لایه قرار گرفته اند، اولین عایق توپولوژیکی تک لایه را تشکیل می دهند که خواص توپولوژیکی را نشان می دهد که تا دمای بسیار بالا (~ 100 کلوین) زنده می ماند.
در چند سال اخیر، فیزیکدانان به خوبی توانسته اند منشاء توپولوژی مواد را درک کنند. با این وجود، دلایل WTe2 تک لایه مانند یک عایق عمل می کند (یعنی الکترون ها نمی توانند آزادانه در ماده حرکت کنند) نامشخص باقی می مانند. پیش‌بینی‌ها و محاسبات نظری نشان می‌دهند که ماده به طور کلی باید نیمه فلزی باشد که در آن الکترون‌ها و حفره‌ها همزیستی داشته باشند و آزادانه حرکت کنند.
محققان دانشگاه پرینستون اخیراً مطالعه ای را انجام داده اند که خواص الکترونیکی تک لایه WTe را بررسی کرده است2، به امید درک بهتر دلایل اینکه چرا به عنوان یک عایق عمل می کند. سند آنها منتشر شده در فیزیک طبیعتشواهد قانع‌کننده‌ای ارائه می‌کند که این ماده یک عایق اکسایتون است که در نتیجه تشکیل خودبه‌خود حالت‌های حفره الکترونی به نام «اکسیتون‌ها» ایجاد می‌شود.
"هدف اولیه کار ما درک خواص کوانتومی تک لایه مواد دو بعدی WTe بود.2"سانفنگ وو، یکی از محققانی که این مطالعه را انجام داده است، به Phys.org گفت. «در طول سال‌ها، راه‌های مختلفی برای توضیح منشأ وضعیت عایق به طور متناقضی در ادبیات مورد بحث قرار گرفته است. کار ما تحقیقات سیستماتیکی را برای حل این معما انجام داده است و شواهد قانع کننده ای پیدا کرده است که این عایق دوبعدی یک عایق اکسایتون است، یک حالت کوانتومی ماده الکترونیکی در جامدات که مدت هاست به دنبال آن بوده است.
وجود جداسازهای اکسایتون برای اولین بار در دهه 1960 پیش بینی شد. در آن زمان، فیزیکدانان پیشنهاد کردند که در نیمه هادی ها یا نیمه هادی هایی با شکاف های کوچک، گاهی اوقات الکترون ها و حفره ها می توانند ترکیب شوند و ذرات مرکب (یعنی اکسیتون ها) را تشکیل دهند. این فرآیند، به نوبه خود، باید به فاز عایق بسیار منجر شود، که به طور قابل توجهی با عایق های الکتریکی استاندارد متفاوت است.
وو توضیح داد: اکسایتون‌ها ذرات خنثی از نظر بار هستند، مانند اتم‌های هیدروژن. "مفهوم اکسیتون ها در فیزیک نیمه هادی ها جدید نیست، به عنوان مثال اکسیتون ها نقش کلیدی در برانگیختگی های نوری و انتشار نیمه هادی ها دارند. با این حال، اکسیتون‌های برانگیخته نوری در نیمه‌رسانا بسیار کوتاه هستند، زیرا باید مثلاً با گسیل نور، در عرض نانوثانیه تجزیه شوند. برعکس، در جداساز اکسایتون، اکسایتون ها نور ساطع نمی کنند و پوسیدگی ندارند.
در جداسازهای اکسایتون، اکسایتون ها در حالت ایزوله پنهان هستند که تشخیص تجربی آنها را دشوار می کند. در نتیجه، اثبات قانع‌کننده‌ای وجود حالت‌های جداسازی اکسایتون، تاکنون یک چالش باورنکردنی بوده است.
برای نشان دادن آن WTe2 تک لایه یک عایق اکسایتون است، وو و همکارانش ابتدا سعی کردند سایر توضیحات احتمالی شناخته شده را برای رفتار انزوای او رد کنند. این شامل امکان فاز جداسازی ناشی از بی نظمی و یک عایق بی اهمیت با ناحیه نفوذ پذیر شبیه به نیمه هادی های معمولی بود.
وو گفت: "این یک مرحله بسیار مهم است، اما معمولا انجام آن برای مواد کاندید سه بعدی بسیار دشوار است." ما نقش اغتشاشات را با مقایسه نمونه‌ها با سطوح مختلف ناخالصی بررسی کردیم و دریافتیم که نمونه‌های تمیزتر دارای حالت‌های ایزوله قوی‌تر هستند و نشان می‌دهد که حالت انزوا یکی از ویژگی‌های ذاتی تک لایه مرزی خالص است و توسط اختلالات ایجاد نمی‌شود.
در آزمایشات خود، محققان همچنین احتمال وجود تک لایه WTe را رد کردند2 عایق نواری است برای انجام این کار، آنها دو بعدی WTe را آزمایش کردند2 کریستال با استفاده از طیف سنجی تونل الکترونی، یک تکنیک شناخته شده و قدرتمند برای تشخیص حالت های عایق همبسته از جداسازهای باند بی اهمیت.
وو گفت: "ما به این نتیجه رسیدیم که حالت عایق تک لایه به دلیل همبستگی های الکترونیکی داخلی در حال تکامل است." با ترکیب این موضوع با این واقعیت که حالت دقیقاً زمانی اتفاق می‌افتد که بار خنثی است، به این معنی که تعداد الکترون‌ها و حفره‌ها دقیقاً برابر است، مشخص شد که عایق تک لایه یک عایق اکسایتون است.
جالب اینجاست که وو و همکارانش همچنین دریافتند که تک لایه WTe2 نمونه ای که آنها بررسی می کنند، رفتارهای حمل و نقل غیرعادی را نشان می دهد که با آنهایی که در جداساز اکسایتون انتظار می رود مطابقت دارد. متعاقباً، آنها یک مدل نظری ایجاد کردند که همبستگی‌های الکترون-حفره را در نظر می‌گیرد و از تشکیل فاز عایق اکسایتون حمایت می‌کند.
وو گفت: "ما دو کشف قابل توجه را جمع آوری کرده ایم که می تواند پیامدهای گسترده ای داشته باشد." "اول، تحقیقات ما یک جنبه جدید قابل توجه به درک مواد توپولوژیکی دوبعدی اضافه می کند که بسیاری از خواص کوانتومی غیرمعمول دیگر را نشان می دهد. این یافته درک ما از فیزیک کوانتومی را مورد بازنگری قرار می دهد، جایی که توپولوژی و همبستگی الکترون ها مهم هستند. این می تواند در نهایت منجر به اکتشافات جدید، به ویژه در این کلاس جدید از مواد شود."
مطالعه اخیر انجام شده توسط این تیم از محققان نشان داد که WTe تک لایه2 یک کاندید بسیار امیدوارکننده برای جداساز اکسایتون دو بعدی است. در آینده، او ممکن است اطلاعاتی در مورد مطالعات بیشتر در مورد بررسی تک لایه WTe ارائه دهد2 یا سایر مواد با ساختار مشابه برای بررسی امکان تشخیص بیشتر مواد عایق اکسایتون.
وو گفت: «کار ما فرصت‌های ارزشمندی را برای مقابله تجربی با مشکل جداکننده‌های اکسایتون برای 6 دهه فراهم می‌کند. یافته‌های ما در حال حاضر الهام‌بخش ایده‌های جدیدی برای تشخیص مستقیم اکسیتون‌های پنهان با استفاده از رویکردهایی است که برای مواد نامزد قبلی غیرممکن است.
نتایج جمع‌آوری‌شده توسط وو و همکارانش فرصت‌های هیجان‌انگیز جدیدی را برای توسعه تکنیک‌های آزمایشی جدید برای تشخیص فازهای کوانتومی خنثی پنهان در عایق‌ها باز می‌کند. این می تواند درک فعلی عایق های الکتریکی را بهبود بخشد و مهمتر از آن، منجر به کشف انواع جدیدی از عایق های الکتریکی فراتر از انواع استاندارد شود.
"کار ما تک لایه WTe را شناسایی می کند2 به عنوان یک پلت فرم منحصر به فرد و بی سابقه برای تحقیقات آینده نه تنها در مورد حالت انزوای اکسایتون، بلکه در مورد سایر فازهای کوانتومی جدید احتمالی مانند ابررسانایی اکسایتون، به ویژه پس از تک لایه WTe.2 یانیو جیا، دانشجوی فارغ التحصیل و نویسنده اصلی مقاله، به Phys.org. درک پدیده های کوانتومی در مواد گفت: می توان آن را به صورت الکترواستاتیک از حالت عایق اکسایتون به حالت ابررسانا تنظیم کرد.
در مطالعات بعدی، وو، جیا و همکارانشان سعی خواهند کرد روش‌های آزمایشی جایگزینی را توسعه دهند که به آنها امکان می‌دهد اکسیتون‌ها را در حالت پایه به طور مستقیم و حتی متقاعدکننده‌تر تشخیص دهند. علاوه بر این، آنها مایلند تحقیقات بیشتری را با تمرکز بر تمام فازهای کوانتومی جدید که می توانند عایق های اکسایتون را مشخص کنند، انجام دهند.
یک عامل کلیدی در اینجا این است که ما با تک اکسیتون ها سروکار نداریم. در عوض، چگالی اکسایتون در اینجا ~ 10 است12 دیدن-2درست مانند بسیاری از اتم‌ها با هم، ما می‌توانیم فازهای مختلفی از ماده داشته باشیم، ما انتظار داریم این اکسیتون‌های بسیار، فازهای الکترونیکی جدید و جالبی از انواع مختلف را تشکیل دهند. بنابراین باید یک دنیای کوانتومی غنی در چنین عایق های الکتریکی پنهان باشد و ما امیدواریم که آنها را کشف کنیم.
© 2022 Science X Network
نقل قول: این مطالعه نشان می دهد که دیتلورید تنگستن تک لایه یک عایق اکسایتون است (2022، 19 ژانویه)، که در 19 ژانویه 2022 از https://phys.org/news/2022-01-monolayer-tungsten-ditelluride-excitonic- insulator استخراج شده است. html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- Artemi Panarin فصل شایسته رنجرز پنجم هارت جایزه جایزه
- خارج از جعبه: این ریاضی-آموزش استاد دانشگاه هاروارد است کمک به بیمارستان های مقابله با پتانسیل موج دوم Covid-19
- لایحه Belichick به عنوان غول مربی برای اولین بار از بسیاری از آبی چه ifs
- گنجینه جدیدی از خوشه های کروی حاوی سرنخ هایی از تکامل کهکشان هاست.
- NerdWallet: شما تا به حال برنامه های بزرگ برای آن سفر پاداش کارت اعتباری. شما باید آن را لغو?
- The Moneyist: I’m a 54-year-old widow. My fiancé and I plan to renovate my home, but I want to leave it to my daughter. Should I marry?
- غول' Saquon Barkley هنوز چیزی از چپ به اثبات
- کربن فعال جذب چیست؟
- مغلوب ساختن پیشی جستن در بحران می خواهد به از نو خلق کردن نیکسون نظم و قانون مبارزات انتخاباتی. اما 2020 نیست 1968.
- Woman drives vehicle into protesters at George Floyd rally in Denver