La figura mostra le onde di densità di carica riprese utilizzando la microscopia a tunneling a scansione per (a sinistra) a doppio strato (BL)-VSe2 e (a destra) monostrato (ML)-VSe2 . Le linee tratteggiate con codice colore rappresentano rispettivamente i fronti d'onda per le onde di densità di carica (CDW) 4a (nero) e 2,8a (ciano). Credito:ACS Nano
I fisici della NUS hanno scoperto che il diseleniuro di vanadio monostrato (VSe2 ) ha stati di carica ordinati coesistenti con due distinti meccanismi di guida.
Le onde di densità di carica (CDW) sono modulazioni statiche della densità elettronica, che si verificano tipicamente a un intervallo periodico di poche costanti reticolari nei materiali cristallini. I CDW convenzionali si verificano all'interno di regioni parallele della superficie elettronica ("Fermi") e sono accompagnati da una modulazione periodica (Peierls) del reticolo atomico sottostante.
Sebbene noti da quasi un secolo, i CDW continuano a suscitare notevole attenzione all'interno della comunità della fisica della materia condensata. La presenza e la sintonizzabilità dei CDW in materiali ultrasottili bidimensionali (2D) sono particolarmente interessanti in quanto questi materiali possono anche ospitare altri nuovi stati (ad esempio, magnetismo e superconduttività) e possono essere utili per applicazioni elettroniche. Anche l'ordine di carica nei materiali ultrasottili con uno o pochi strati di atomi è di fondamentale interesse, a causa della maggiore importanza delle interazioni elettrone-elettrone.
Diseleniuro di vanadio (VSe2 ) nella sua forma monostrato è un prototipo di dicalcogenuro di metallo di transizione. Ha un CDW triangolare convenzionale con periodicità quattro volte la sua costante reticolare, 4a (dove a è la costante reticolare). Tuttavia, lo stato fondamentale del monostrato VSe2 è circondato da controversie, con resoconti contrastanti di stati ordinati di origine strutturale, elettronica e magnetica. Determinazione della natura e dell'origine dell'ordine di addebito nel monostrato VSe2 è importante considerando il suo utilizzo in potenziali applicazioni e per comprendere gli effetti di forti accoppiamenti e correlazioni nei materiali ultrasottili.
Il gruppo di ricerca guidato dal professor Andrew WEE e dal professore assistente Anjan SOUMYANARAYANAN, entrambi del Dipartimento di Fisica dell'Università Nazionale di Singapore, ha compiuto progressi significativi nello svelare la natura e l'origine dell'ordine di carica trovato nel monostrato VSe2 . I loro esperimenti di microscopia a effetto tunnel (STM) stabiliscono che mentre il CDW in doppio strato (BL)-VSe2 è strettamente correlato al materiale sfuso, diventa qualitativamente distinto nel monostrato VSe2 . Studi sistematici su diversi substrati e temperature rivelano che il monostrato VSe2 ospita due CDW unidirezionali contrastanti, con periodicità rispettivamente di 4a e 2.8a (vedi Figura). I loro calcoli mostrano che, mentre il 4a CDW può essere spiegato utilizzando il meccanismo di Peierls convenzionale, il 2.8a CDW non può essere spiegato in questo quadro. Invece, i ricercatori hanno mostrato che questo CDW non convenzionale può provenire da forti interazioni elettrone-elettrone. Questa ricerca è una collaborazione con l'Università di Amsterdam e l'Indian Institute of Science.
Il professore assistente Soumyanarayanan ha dichiarato:"I nostri risultati hanno stabilito VSe2 monostrato come primo materiale che ospita due CDW coesistenti, ciascuno con un meccanismo di guida distinto. Questo lavoro affronta la controversia che circonda il tanto dibattuto stato fondamentale del monostrato VSe2 . Apre ulteriormente la strada all'uso delle interazioni emergenti per realizzare e adattare stati ordinati in film ultrasottili ed eterostrutture, verso dispositivi elettronici non convenzionali."
La ricerca è stata pubblicata su ACS Nano . + Esplora ulteriormente
