Pannello superiore:schema dell'eccitazione ottica nella valle K dei monostrati WS2. Pannello inferiore:la mappa dell'intensità della fotoluminescenza (PL) di un'isola triangolare monostrato di WS2 e la mappa di polarizzazione della valle associata dimostrano la chiara relazione inversa. Ogni mappa copre un'area di 46 x 43 micron. Le regioni che mostrano l'intensità PL più bassa e la qualità più bassa si trovano al centro del fiocco e si irradiano verso l'esterno verso i tre angoli. Queste regioni corrispondono alla polarizzazione della valle più alta. Credito:Laboratorio di ricerca navale statunitense
Un team interdisciplinare di scienziati presso il Naval Research Laboratory (NRL) degli Stati Uniti ha scoperto un legame diretto tra la qualità del campione e il grado di polarizzazione della valle nei dichalcogenuri di metalli di transizione monostrato (TMD). Al contrario del grafene, molti TMD monostrato sono semiconduttori e sono promettenti per future applicazioni nelle tecnologie elettroniche e optoelettroniche.
In questo senso, una "valle" si riferisce alla regione in una struttura a bande elettroniche in cui sono localizzati sia gli elettroni che le lacune, e "polarizzazione della valle" si riferisce al rapporto tra le popolazioni delle valli, un'importante metrica applicata nella ricerca sulla Valleytronics.
"Un alto grado di polarizzazione della valle è stato teoricamente previsto nei TMD, ma i valori sperimentali sono spesso bassi e variano ampiamente, "ha detto Kathleen McCreary, dottorato di ricerca, autore principale dello studio. "È estremamente importante determinare l'origine di queste variazioni per approfondire la nostra comprensione di base dei TMD e per far avanzare il campo della valleytronica".
Molte delle tecnologie odierne (ad es. illuminazione a stato solido, transistor nei chip dei computer, e batterie nei telefoni cellulari) si basano semplicemente sulla carica dell'elettrone e su come si muove attraverso il materiale. Però, in alcuni materiali come i TMD monostrato, gli elettroni possono essere posizionati selettivamente in una valle elettronica scelta utilizzando l'eccitazione ottica.
"Lo sviluppo di materiali TMD e di eterostrutture ibride 2D/3D promette funzionalità avanzate rilevanti per le future missioni del Dipartimento della Difesa, " disse Berend Jonker, dottorato di ricerca, ricercatore principale del programma. "Questi includono l'elettronica a bassissima potenza, memoria ottica non volatile, e applicazioni di calcolo quantistico nell'elaborazione e nel rilevamento delle informazioni".
I campi in crescita della spintronica e della valleytronica mirano a utilizzare la popolazione di spin o valle, piuttosto che solo addebitare, memorizzare informazioni ed eseguire operazioni logiche. I progressi in questi campi in via di sviluppo hanno attirato l'attenzione dei leader del settore, e ha già prodotto prodotti come la memoria magnetica ad accesso casuale che migliorano le tecnologie esistenti basate sulla carica.
Il team si è concentrato sui monostrati TMD come WS2 e WSe2, che hanno un'elevata risposta ottica, e hanno scoperto che i campioni che mostravano una bassa intensità di fotoluminescenza (PL) mostravano un alto grado di polarizzazione della valle. Questi risultati suggeriscono un mezzo per progettare la polarizzazione della valle tramite l'introduzione controllata di difetti e siti di ricombinazione non radiativi
"Capire veramente la ragione della variazione da campione a campione è il primo passo verso il controllo Valleytronic, "Ha detto McCreary. "Nel prossimo futuro, potremmo essere in grado di aumentare con precisione la polarizzazione aggiungendo siti di difetti o ridurre la polarizzazione mediante la passivazione dei difetti".
I risultati di questa ricerca sono riportati nell'edizione di agosto 2017 del ACS Nano .
