Immagine al microscopio elettronico del sintetizzato 6R TaS2 con un modello atomico del materiale a sinistra. Le sfere marroni rappresentano atomi di Ta e le sfere gialle rappresentano atomi di zolfo. Le posizioni atomiche e la disposizione nell'immagine microscopica corrispondono esattamente al modello, confermandone la struttura. Credito:Università di Manchester
Gli scienziati dell'Università di Manchester hanno sviluppato un metodo nuovo ma semplice per produrre pile verticali di strati alternati di superconduttore e isolante di disolfuro di tantalio (TaS2). I risultati, di un team guidato dal professor Rahul Nair, potrebbero accelerare il processo di produzione di tali dispositivi, le cosiddette eterostrutture di van der Waals, con applicazioni nei transistor ad alta mobilità, nel fotovoltaico e nell'optoelettronica.
Le eterostrutture di Van der Waals sono molto ricercate poiché mostrano molte proprietà uniche e utili che non si trovano nei materiali naturali. Nella maggior parte dei casi, vengono preparati impilando manualmente uno strato sull'altro in un processo lungo e laborioso.
Pubblicato la scorsa settimana sulla rivista Nano Letters , lo studio, condotto da ricercatori con sede presso il National Graphene Institute (NGI), descrive la sintesi di un'eterostruttura di van der Waals di massa costituita da strati atomici alternati di 1T e 1H TaS2. 1T e 1H TaS2 sono diversi polimorfi (materiali con la stessa composizione chimica ma con una variazione nella disposizione atomica) di TaS2 con proprietà completamente diverse:il primo isolante, il secondo superconduttore a basse temperature.
La nuova eterostruttura è stata ottenuta attraverso la sintesi di 6R TaS2 (un raro tipo di TaS2, con struttura a strati alternati 1T e 1H) tramite un processo noto come "transizione di fase" ad alta temperatura (800˚C). A causa della sua struttura insolita, questo materiale mostra la coesistenza di onde di superconduttività e densità di carica, un fenomeno molto raro.
Il Dr. Amritroop Achari, che ha guidato l'esperimento, ha dichiarato:"Il nostro lavoro presenta un nuovo concetto per la progettazione di eterostrutture di massa. La nuova metodologia consente la sintesi diretta di eterostrutture di massa di 1T-1H TaS2 mediante una transizione di fase da una TaS2 1T prontamente disponibile. Abbiamo credo che il nostro lavoro fornisca progressi significativi sia nella scienza che nella tecnologia."
Collaborazione internazionale
Il lavoro è stato condotto in collaborazione con scienziati del Centro di eccellenza NANOlab presso l'Università di Anversa, in Belgio. La loro analisi al microscopio elettronico a scansione ad alta risoluzione ha dimostrato inequivocabilmente per la prima volta la struttura etero-stratificata 1T-1H alternata di 6R TaS2 e ha aperto la strada all'interpretazione dei risultati.
Il professor Milorad Milošević, ricercatore capo dell'Università di Anversa, ha commentato:"Questa dimostrazione di una struttura stratificata isolante-superconduttrice alternata in 6R TaS2 apre una pletora di domande intriganti relative al comportamento anisotropo di questo materiale nel campo magnetico applicato e nella corrente emergente Fisica Josephson, emissione di terahertz ecc., in analogia con i cuprati sfusi e i superconduttori a base di ferro."
I risultati potrebbero quindi avere un impatto diffuso sulla comprensione della superconduttività 2D, nonché sull'ulteriore progettazione di materiali avanzati per dispositivi basati su giunzioni terahertz e Josephson, una pietra miliare della tecnologia quantistica di seconda generazione. + Esplora ulteriormente
