La figura mostra (a sinistra) una rappresentazione visiva del plasmone anisotropo nel medio infrarosso in 2D-TMD di fase quasi metallica. (Al centro) Fase quasi metallica monostrato- diseleniuro di tungsteno (WSe2) con il suo tungsteno direzionale a zig-zag (W, punti blu) struttura tracciata da linee tratteggiate rosse. (A destra) Schema dell'ellissometria spettroscopica ad alta risoluzione utilizzata per sondare il plasmone dei sistemi a film sottile. Si tratta di una tecnica ottica non invasiva basata sul cambiamento dello stato di polarizzazione della luce in quanto viene riflessa obliquamente da un campione di film sottile. Credito:scienza avanzata
I fisici dell'Università Nazionale di Singapore hanno scoperto nuove eccitazioni di carica collettiva anisotropa nel medio infrarosso in dichalcogenuri di metalli di transizione (TMD) bidimensionali (2-D) di fase quasi metallica.
Strutture a motivi periodici a bassa dimensione, come sistemi a strati 2-D o strutture concatenate unidimensionali (1D) in sistemi di materiali, mostrano intriganti fenomeni ondulatori dovuti alle interazioni tra le molte particelle nel sistema (interazioni a molti corpi). Queste strutture periodiche a bassa dimensione si traducono in proprietà dei materiali uniche che hanno generato un notevole interesse di ricerca per l'uso in varie applicazioni di dispositivi. I TMD 2-D in fase quasi metallica hanno una configurazione a sandwich distorta in cui gli atomi di metallo di transizione formano una struttura a catena a zig-zag 1D (vedi Figura). Questa struttura periodica 1D dà origine a proprietà uniche del materiale anisotropo che influenzano in modo significativo le caratteristiche elettroniche dei 2-D-TMD.
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof Andrew Wee del Dipartimento di Fisica, NUS ha osservato direttamente nuovi plasmoni a regime del medio infrarosso in diseleniuro di tungsteno monostrato in fase quasi metallica (WSe 2 ) e bisolfuro di molibdeno (MoS 2 ).
WSe 2 e MoS 2 avere due fasi, una fase quasi metallica e una fase semiconduttiva. Questo fenomeno è presente solo nella fase quasi metallica, ma assente dalla fase semiconduttiva. I calcoli teorici che utilizzano i primi principi rivelano che questi plasmoni sono di natura anisotropa. Ciò significa che, mentre sono presenti nella direzione perpendicolare alla catena di metallo di transizione a zig-zag, non si propagano lungo la catena a zig-zag.
Combinando tecniche spettroscopiche ad alta risoluzione e analisi dettagliate dei primi principi, le interazioni coulombiane a lungo raggio tra le catene a zig-zag sono state identificate come il meccanismo chiave che guida questa eccitazione collettiva 1-D. Il team di ricerca ha anche postulato una possibile relazione tra le eccitazioni plasmoniche osservate e il meccanismo superconduttivo non convenzionale nelle 2-D-TMD di fase quasi metallica.
Dottor Yin Xinmao, un ricercatore del team, disse, "La fase 2-D-TMD quasi metallica è costituita da catene metalliche 1D a zig-zag impilate periodicamente lungo un singolo asse che dà origine a proprietà elettroniche e optoelettroniche uniche. Questa scoperta del team sui plasmoni del medio infrarosso apre potenzialmente nuove modi di sfruttare i plasmoni nelle applicazioni scientifiche e ingegneristiche poiché i plasmoni nei metalli tipici si trovano solitamente solo nella gamma dell'ultravioletto."
Prof Wee ha aggiunto, "È importante studiare queste modalità collettive di carica in sistemi a catena 2-D per lo sviluppo di applicazioni di prossima generazione. Queste vanno dai transistor ad effetto di campo ai fotorivelatori e ad altri dispositivi optoelettronici".
Il team prevede di indagare ulteriormente su tali nuove eccitazioni collettive in altre strutture periodiche a bassa dimensione, nella speranza di svelare una maggiore comprensione della superconduttività non convenzionale.
