ทำไมต้องเป็น 2-D? การวัดคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ขึ้นกับความหนา

Anonim

การ จำกัด การเคลื่อนไหวของสายชาร์จ (อิเล็กตรอนหรือรู) เป็นสองมิติช่วยปลดล็อคคุณสมบัติควอนตัมที่ผิดปกติส่งผลให้คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นประโยชน์

แม้ว่าเราจะอ้างถึงเลเยอร์ภายในวัสดุเช่น '2-D' แต่ก็ไม่ได้เป็นแบบสองมิติอย่างเคร่งครัด สิ่งสำคัญคือข้อ จำกัด ของการเคลื่อนไหวของอนุภาคที่ตั้งฉากกับระนาบของวัสดุที่เป็นสัดส่วนที่เป็นสัดส่วนกับความยาวคลื่น de Broglie ของอนุภาค

ในสาระสำคัญหมายถึงช่วงตั้งแต่ไม่กี่แสนนาโนเมตรไปจนถึงไม่กี่นาโนเมตร

สามารถเรียนรู้ได้มากโดยการสังเกตอย่างแม่นยำว่าความหนาใหม่ดังกล่าวเกิดขึ้นได้อย่างไร

การศึกษาของ FLEET ที่ตีพิมพ์เมื่อสัปดาห์ที่แล้วใน Physical Review B ได้ทำการ วัดปริมาณจุดเปลี่ยนที่แม่นยำในวัสดุทังสเตนไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่มีแนวโน้มว่าจะเป็น (WTe2)

พบวัด:

  • ฟิล์มบางรุ่น WTe2 ผสานระหว่างระบบ 3 มิติกับระบบอิเล็กทรอนิกส์ 2 มิติที่ความหนาประมาณ 20 นาโนเมตร
  • การทับซ้อนกันระหว่างแถบการนำไฟฟ้าและความจุลดลงที่ความหนาต่ำกว่า ~ 12 นาโนเมตรซึ่งหมายความว่าตัวอย่างที่ทินเนอร์อาจทับได้

การศึกษาเริ่มต้นขึ้นภายใต้ FLEET CI Xiaolin Wang จาก University of Wollongong โดย FLEET Research Fellow ดร. Feixiang Xiang ได้ศึกษาโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์แบบพิเศษของตัวอย่าง WTe2 ที่นำไปสู่การเกิด magnetoresistance ขนาดใหญ่มาก (เผยแพร่ก่อนหน้านี้)

จากนั้น Feixiang จึงเตรียมฟิล์มบาง ๆ ที่มีความหนาแตกต่างกันออกไปจากผลึกเดี่ยวโดยใช้การขัดผิวด้วยจุลินทรีย์บนพื้นผิว

หลังจากศึกษาฟิล์มบางของ WTe2 ที่ UOW แล้ว Feixiang ได้ใช้ห้องทดลองของ UNSW ในการผลิตอุปกรณ์จากตัวอย่างฟิล์มบางและทำการตรวจวัดการขนส่งโดยใช้อุณหภูมิต่ำสุดและเครื่องวัดสนามแม่เหล็กสูง

เครื่องหมายการจัดตำแหน่งขั้วไฟฟ้าและแผ่นยึดประสานถูกประดิษฐ์ขึ้นด้วยการพิมพ์ด้วยเลเซอร์แบบ E-beam

การวัดการสั่นของควอนตัมขึ้นอยู่กับมุมที่เกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กที่สูงมากในห้องทดลองของ FLEET CI Alex Hamilton ที่ UNSW เผยให้เห็นโครงสร้างของวัสดุที่เปลี่ยนไปตามความหนาที่ลดลงด้วยครอสโอเวอร์แบบ 3 มิติที่มี D-2-D เมื่อความหนาของตัวอย่างลดลง 26 นาโนเมตร

Feixiang Xiang ผู้ซึ่งเป็นผู้นำในการศึกษาทั้ง UOW และ UNSW กล่าวว่า "การค้นพบนี้เป็นเรื่องสำคัญมาก" เพราะมันทำให้แกนเกล็ดที่มีความยาวสองช่วงของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกที่ขึ้นอยู่กับความหนาของเครื่อง WTe2 มีขนาดใหญ่สองเครื่อง "

การวิเคราะห์ชี้ให้เห็นว่าพื้นที่ของกระเป๋า Fermi จะลดลงในตัวอย่างที่บางลงซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีการทับซ้อนกันระหว่างแถบนำและแถบวาเลนซ์ที่เล็กลง นี้ไม่เพียง แต่จะอธิบายการลดลงของความหนาแน่นของผู้ให้บริการในตัวอย่างทินเนอร์ก็แสดงให้เห็นว่ามันเป็นไปได้ที่จะเปิดช่องว่างวงและตระหนักถึงฉนวนกันความร้อน topological 2-D ในตัวอย่างแม้กระทั่งบางตามที่ได้รับการคาดการณ์โดยทฤษฎีและสังเกตในสารประกอบที่เกี่ยวข้อง (MoS2 และ MoTe2)

ทังสเตน ditelluride (WTe2) เป็นชั้น dichalcogenide โลหะมีคุณสมบัติหลาย:

  • magnetoresistance ขนาดใหญ่มากที่มีศักยภาพสำหรับการใช้งานในเซ็นเซอร์แม่เหล็ก
  • WTe2 จำนวนมากคาดว่าจะเป็น Weim semimetal แบบ Type II We
  • mono WTe2 เป็นตัวฉนวน topological อุณหภูมิสูงตัวนำยิ่งยวดและ ferroelectric

การเปลี่ยนผ่านโลหะ dichalcogenides (TMDs) เป็นชั้นของวัสดุแวนเดอร์ Waals ประกอบด้วยหลายชั้นอะตอม - บางชั้นอะตอมที่ถูกผูกไว้ด้วยกองกำลังระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอ

เราอ้างถึง TMDs ว่าเป็น '2-D' เนื่องจากโครงสร้างคริสตัลแบบเลเยอร์นี้

การ จำกัด การเคลื่อนไหวของสายการบินที่เรียกเก็บเงินไปยังสองมิติทำให้เกิดคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างกันมากเมื่อเทียบกับวัสดุแบบกลุ่ม 3 มิติซึ่งแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกันอาจเกิดขึ้นได้ที่จุดวงแหวนเดียวคือจุดเปลี่ยนจาก 3 มิติเป็น 2 -D

การศึกษาโครงสร้างอิเล็กทรอนิกที่ขึ้นกับความหนาของแผ่นฟิล์มบางรุ่น WTe2 ได้ถูกตีพิมพ์ในวารสารกายภาพ Physical Review B ของ American Physical Society ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2561

menu
menu