Campioni 2-D WTe2 (superiore) e diagramma schematico sperimentale (inferiore) della configurazione di misurazione dipendente dall'angolo. Credito:FLEET
Vincolare il movimento dei portatori di carica (elettroni o fori) a due dimensioni sblocca proprietà quantistiche insolite, con conseguente proprietà elettroniche utili.
Sebbene ci riferiamo agli strati all'interno di tali materiali come "2-D", non sono strettamente bidimensionali. La chiave è la restrizione del movimento di una particella perpendicolare al piano del materiale, una scala proporzionale alla lunghezza d'onda di de Broglie della particella.
In sostanza, questo significa la gamma da poche centinaia di nanometri fino a pochi nanometri.
Si può imparare molto osservando con precisione a quale spessore emergono questi nuovi effetti.
Uno studio FLEET pubblicato la scorsa settimana in Revisione fisica B quantifica il punto preciso di transizione nel promettente materiale ditelluride di tungsteno (WTe2).
Misure trovate:
Lo studio è iniziato sotto FLEET CI Xiaolin Wang presso l'Università di Wollongong, con il Fellow Research Fellow Dr. Feixiang Xiang prima studiando la speciale struttura elettronica dei campioni sfusi di WTe2 che porta alla magnetoresistenza molto grande del materiale (pubblicato in precedenza).
Feixiang ha quindi preparato film sottili di diverso spessore tagliati da un singolo cristallo mediante micro-esfoliazione su un substrato.
Dopo lo studio dei film sottili di WTe2 all'UOW, Feixiang ha utilizzato i laboratori dell'UNSW per fabbricare i dispositivi da campioni a film sottile ed eseguire misurazioni di trasporto utilizzando strutture di misurazione a temperatura ultrabassa e ad alto campo magnetico.
Indicatori di allineamento, elettrodi, e i tamponi di incollaggio sono stati fabbricati mediante litografia E-beam.
Le misurazioni dell'oscillazione quantistica dipendenti dall'angolo sono state eseguite in campi magnetici molto elevati presso il laboratorio di FLEET CI Alex Hamilton all'UNSW, rivelando come la struttura della fascia del materiale cambiasse al diminuire dello spessore, con un crossover 3-D-2-D quando lo spessore del campione è stato ridotto al di sotto di 26 nm.
"Questa scoperta è stata molto importante, "dice Feixiang Xiang, che ha condotto lo studio sia all'UOW che all'UNSW, "perché individua due scale di lunghezza critiche della struttura elettronica dipendente dallo spessore nei film sottili di WTe2".
L'analisi ha indicato che l'area delle tasche di Fermi diminuisce nei campioni più sottili, suggerendo che la sovrapposizione tra la banda di conduzione e la banda di valenza diventa più piccola. Questo non solo spiega la diminuzione misurata della densità del vettore in un campione più sottile, suggerisce che è possibile aprire un band gap e realizzare l'isolante topologico 2-D in campioni anche sottili, come è stato previsto dalla teoria, e osservato in composti correlati (MoS2 e MoTe2).
Il ditelluride di tungsteno (WTe2) è un composto stratificato, dicalcogenuro di metallo di transizione con diverse proprietà promettenti:
I dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMD) sono una classe di materiali di van der Waals, comprendente molti strati atomici atomicamente sottili legati da deboli forze intermolecolari.
Ci riferiamo ai TMD come "2-D" a causa di questa struttura cristallina a strati.
Vincolare il movimento dei portatori di carica a due dimensioni si traduce in proprietà elettroniche molto diverse rispetto ai materiali "sfusi" 3D, il che suggerisce anche che più, proprietà fisiche diverse potrebbero verificarsi al limite del monostrato, il punto di transizione da 3-D a 2-D.
Lo studio Struttura elettronica dipendente dallo spessore nei film sottili WTe2 è stato pubblicato sulla rivista Physical Review B dell'American Physical Society nel luglio 2018.
