Gli strati atomicamente sottili sono di grande interesse tecnologico a causa delle proprietà elettroniche potenzialmente utili che emergono quando lo spessore dello strato si avvicina al limite 2D. Tali materiali tendono a formare legami deboli all'esterno dello strato e quindi si presume generalmente che non siano influenzati da substrati che forniscono supporto fisico.

Per fare ulteriori progressi, però, gli scienziati devono testare rigorosamente questa ipotesi, non solo per comprendere meglio la fisica del singolo strato, ma anche perché l'esistenza di effetti substrato aumenta la possibilità di regolare le proprietà dello strato modificando il substrato.

Come riportato sulla rivista Lettere di revisione fisica , un team guidato da Tai-Chang Chiang dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign e dal suo associato post-dottorato, Meng Kai Lin, ha utilizzato l'Advanced Light Source (ALS) di Berkeley Lab per sondare i cambiamenti nelle proprietà elettroniche di un semiconduttore 2D, tellururo di titanio, come lo spessore di un substrato, tellururo di platino, è stato aumentato. Il tellururo di titanio a strato singolo è altamente sensibile a ciò che si trova sotto, rendendolo particolarmente utile come caso di prova per studiare gli effetti di accoppiamento del substrato.

I risultati hanno mostrato che all'aumentare dello spessore del substrato, una variazione drammatica e sistematica si è verificata nel tellururo di titanio a strato singolo. Un fenomeno elettronico noto come onda di densità di carica, una carica accoppiata e una distorsione reticolare caratteristica del tellururo di titanio a strato singolo, è stato soppresso.

"I risultati sperimentali, combinato con simulazioni teoriche dei primi principi, ha portato a una spiegazione dettagliata dei risultati in termini di interazioni quantomeccaniche di base tra il singolo strato e il substrato sintonizzabile, " disse Lin.

Dato che il legame interfacciale è rimasto debole, i ricercatori hanno concluso che i cambiamenti osservati erano correlati alla trasformazione del substrato da semiconduttore a semimetallo man mano che aumentava di spessore.

"Questo studio sistematico illustra il ruolo cruciale che le interazioni del substrato svolgono nella fisica dei film ultrasottili, " ha detto Lin. "La comprensione scientifica derivata dal nostro lavoro fornisce anche un quadro per la progettazione e l'ingegneria di film ultrasottili per proprietà utili e migliorate".