|
Сверхбыстрые загадочные сигналы в материалах валетроники
|
|
|
|
Крошечные материалы таят в себе большие загадки, решение которых может привести к созданию электроники следующего поколения. Международное сотрудничество под руководством исследователей из Японии раскрыло тайну загадочных обертоновых сигналов при анализе диселенида молибдена, атомарно тонкой кристаллической решетки с желаемыми свойствами, уникальными благодаря ее более объемной трехмерной форме. Свои результаты они опубликовали 25 июля в Nature Communications.
|
|
|
|
Соединение принадлежит к семейству аналогичных двумерных полупроводников, называемых монослоями дихалькогенидов переходных металлов (TMD), все из которых имеют электронные зонные структуры, содержащие так называемые долины. Решетки TMD организованы в виде шестиугольников с соответствующим волновым вектором, известным как k-пространство, вдоль стороны. Боковая центральная точка k-пространства известна как «точка M», а шесть углов — как «точки K (-K)».
|
|
|
|
Впадины — это провалы и подъемы электронной полосы в углах шестиугольников, где частицы, несущие энергию или информацию, могут двигаться, побуждая материал действовать. Однако междолинная активность, особенно связанная с рассеянием электронов, оставалась неуловимой. В этом процессе фононы или единицы энергии, проявляющиеся в виде вибраций, заставляют электроны рассеиваться и переходить состояния в междолинном пространстве со сверхбыстрой скоростью.
|
|
|
Эта поляризация долины, если ее можно контролировать, чтобы вызвать или уменьшить определенные свойства, делает TMD наиболее многообещающим кандидатом для передовых технологий, по словам соавтора Сунгмина Бэ, постдокторского исследователя в Лаборатории материалов и структур Токийского технологического института. Сочетание долины и потенциала электроники дает название этой нишевой области: валлитроника.
|
|
|
|
«Чтобы установить фундаментальное понимание сверхбыстрой динамики, связанной с фононно-опосредованными процессами междолинного рассеяния, мы выполнили спектроскопию накачки-зонда с использованием сверхкоротких импульсных лазеров с длительностью менее 10 фемтосекунд — 10 квадриллионных долей секунды — и обнаружили интересные обертонные сигналы акустических фононов в оптическая модуляция, — сказал Бэ. «Сигналы уже были хорошо известны в сообществе TMD, но происхождение было неясным, поэтому наш первоначальный вопрос, на который мы стремились ответить, был: «Почему мы наблюдаем такие обертоновые сигналы?»
|
|
|
|
Спектроскопия накачки-зонда включает облучение образца TMD ультракоротким лазерным импульсом в двух частях. Насос представляет собой сильный луч, который возбуждает ДВНЧ, заставляя систему колебаться, как бросая камень в пруд, создавая концентрические волны. Зонд представляет собой более слабый луч, который отслеживает временную эволюцию индуцированных колебаний — волн колебаний решетки, также известных как фононы — посредством изменений определенных оптических констант системы, таких как степень поглощения и отражения.
|
|
|
|
Исследователи увидели несколько сигналов, визуализированных как оптические модуляции, как в четных, так и в нечетных порядках фононных колебаний от монослойного TMD. Они проанализировали симметрию фононов и использовали расчеты из первых принципов — или оценки с помощью суперкомпьютера, которые описывают квантово-механическое состояние и динамику каждого ядра и электрона в системе, из которых можно извлечь детали конкретных компонентов, — чтобы выявить, что только продольный акустический фонон в точке K может давать наблюдаемый сигнал нечетного порядка, поскольку он асимметрично модулирует лазерный свет по сравнению с симметричным отражением фонона M-точки, которое дает только четные обертоны.
|
|
|
|
«Продольные акустические фононы с K-точкой ответственны за сверхбыстрое междолинное рассеяние в однослойном диселениде молибдена», — сказал соавтор исследования Джун Такеда, профессор Высшей школы технических наук Йокогамского национального университета. «Обычно фононы K-точки не могли модулировать оптические свойства из-за большого несоответствия между волновым вектором — направлением и величиной — падающего света и фононов». Однако Такеда сказал, что в TMD высокая симметрия двумерной кристаллической решетки позволяет акустическим фононам K-точки модулировать оптический отклик и генерировать сигналы на нескольких частотах.
|
|
|
|
«Эта работа доказывает важность комбинированного подхода сверхбыстрой спектроскопии с анализом симметрии и расчетами из первых принципов для раскрытия лежащей в основе физики процесса междолинного рассеяния в валлотронных материалах», — сказал соавтор Икуфуми Катаяма, профессор Высшей школы Иокогамского национального университета. Инженерная наука. «Далее мы хотели бы распространить эти подходы на другие экзотические двумерные материальные системы для будущих электронных и валлотронных приложений и найти способы манипулирования оптическими и физическими свойствами в сверхбыстрых временных масштабах».
|
|
|
|
Источник
|
