Ведущий автор Сюй и ведущие авторы Кайл Сеилер и Паскуаль Ривера, оба докторанта в подводном физическом факультете, синтезировали и исследовали оптические свойства этого нового типа сэндвича с полупроводником.«Что мы видим, здесь отлично от гетероструктур, сделанных из 3D полупроводников», сказал Сюй, у которого есть совместные назначения в Отделе Физики и Отделе Материаловедения и Разработки. «Мы создали систему, чтобы изучить специальные свойства этих атомарно тонких слоев и их потенциала, чтобы ответить на основные вопросы о физике и разработать новые электронные и фотонные технологии».
Когда полупроводники поглощают свет, пары положительных и отрицательных зарядов могут сформировать и связать, чтобы создать так называемые экситоны. Ученые долго учились, как эти экситоны ведут себя, но когда они сжаты вниз до 2-го предела в этих атомарно тонких материалах, удивительные взаимодействия могут произойти.
В то время как традиционные полупроводники управляют потоком электронного обвинения, это устройство позволяет экситонам быть сохраненными в «долинах», понятии от квантовой механики, подобной вращению электронов. Это – критический шаг в развитии новых наноразмерных технологий, которые объединяют свет с электроникой.«Было уже известно, что они ультраутончаются, 2-й полупроводник имеют эти уникальные свойства, которые Вы не можете найти в других 2-х или 3D мерах», сказал Сюй. «Но поскольку мы показываем здесь, когда мы соединяем эти два слоя – один сверху другого – интерфейс между этими листами становится местом еще более новых физических свойств, которые Вы не видите в каждом слое самостоятельно или в 3D версии».
Сюй и его команда хотели создать и исследовать свойства 2-й полупроводниковой гетероструктуры, составленной из двух различных слоев материала, естественного расширения их предыдущих исследований атомарно тонких соединений, а также наноразмерных лазеров на основе атомарно тонких слоев полупроводников. Учась, как лазерный свет взаимодействует с этой гетероструктурой, они собрали информацию о физических свойствах в атомарно остром интерфейсе.«Многие группы изучили оптические свойства единственных 2-х листов», сказал Сеилер. «Что мы делаем вот является тщательно стек одним материалом сверху другого, и затем изучите новые свойства, которые возникают в интерфейсе».Команда получила два типа полупроводниковых кристаллов, вольфрам diselenide (WSe2) и молибден diselenide (MoSe2), от сотрудников в Окриджской национальной лаборатории.
Они использовали средства, развитые внутренний, чтобы точно устроить два слоя, один полученный от каждого кристалла, процесс, который занял несколько лет, чтобы полностью развиваться.«Но теперь, когда мы знаем, как сделать это правильно, мы можем сделать новые через одну или две недели», сказал Сюй.
Получение этих устройств излучать свет поставило уникальную проблему, из-за свойств электронов в каждом слое.«Как только у Вас есть эти два листа материала, существенный вопрос состоит в том, как поместить эти два слоя вместе», сказал Сеилер.
У электронов в каждом слое есть уникальное вращение и свойства долины, и, «как Вы помещаете их – их крученый угол – влияние, как они взаимодействуют со светом».Выравнивая кристаллические решетки, авторы могли взволновать гетероструктуру с лазером и создать оптически активные экситоны между этими двумя слоями.
«Эти экситоны в интерфейсе могут хранить информацию долины для порядков величины дольше, чем любой из слоев на их собственном», сказал Ривера. «Эта длинная целая жизнь допускает захватывающие эффекты, которые могут привести к дальнейшему оптическому и электронному применению с функциональностью долины».Теперь, когда они могут эффективно сделать полупроводниковую гетероструктуру из 2-х материалов, Сюй и его команда хотели бы исследовать много захватывающих физических свойств, включая то, как экситонное поведение варьируется, поскольку они изменяют углы между слоями, квантовые имущественные экситоны между слоями и электрически стимулируемым световым излучением.«Есть целая промышленность, которая хочет использовать эти 2-е полупроводники, чтобы сделать новые электронные и фотонные устройства», сказал Сюй. «Таким образом, мы пытаемся изучить фундаментальные свойства этих новых гетероструктур для вещей как эффективная лазерная технология, светодиоды и получающие свет устройства. Они, надо надеяться, будут полезны для приложений информационных технологий и экологически чистой энергии.
Это довольно захватывающе, но есть большая работа, чтобы сделать».Другие соавторы – Хонгий Ю и Ван Яо в Университете Гонконга; Цзяцян Янь и Дэвид Мандрус в Окриджской национальной лаборатории и Университете Теннесси; и подводная физика постдокторский исследователь Джон Шэйбли.
Подводные авторы, прежде всего, финансировались американским Министерством энергетики с дополнительной поддержкой со стороны Института Экологически чистой энергии UW и Национального научного фонда.Числа гранта: DE-SC0008145 и DE-SC0012509.