Ученые поняли, как управлять свойствами электроники будущего
Международный научный коллектив с участием ведущего ученого Национального исследовательского технологического университета "МИСиС", профессора Готтхарда Сейферта научился управлять экситонными (лат. "excito" - "возбуждаю") эффектами в двумерных полупроводниках. Исследование, опубликованное в "Nature Physics" - важный шаг к созданию электроники с управляемыми свойствами.
Изучение двумерных (двумерными называют системы, где электроны двигаются лишь по двум координатам) материалов - одна из самых актуальных задач для науки. Именно за открытие и исследование первого такого материала (графена) в 2010 году была вручена Нобелевская премия по физике.
Из-за своих свойств двумерные материалы выступают основой для элементов компактной электроники нового поколения. Например, двумерный дисульфид молибдена (MoS2) имеет высокую подвижность заряда и отношение "вкл/выкл" в транзисторном элементе - все это говорит о возможности серьезно повысить скорость работы электроники на его основе.
В 2017 году полноценное применение этого материала резко приблизилось с описанием механизма заращивания дефектов структурой MoS2, которое опубликовал в журнале "ACS Nano" профессор Готтхард Сейферт. А сами ученые продолжили изучать свойства двумерных материалов.
"Исключительные оптические свойства монослоев таких материалов, как дисульфид молибдена и диселенид вольфрама (WSe2), обусловлены экситонами: связанными парами электрон-дырка (квазичастица, выступающая носителем положительного заряда)", - рассказывает ведущий ученый НИТУ МИСиС, профессор Готтхард Сейферт.
При этом создание гетероструктуры MoS2/WSe2 путем укладки отдельных монослоев друг на друга приводит к возникновению в ней экситона нового типа, где электрон и дырка пространственно разделены на разные слои.
"Благодаря использованию методов спектроскопии и квантово-химических расчетов из первых принципов мы выявили частично-заряженную пару электрон-дырка в MoS2/WSe2, а также ее локализацию. Нам удалось контролировать энергию излучения этого нового экситона путем изменения относительной ориентации слоев", - поясняет новый результат Готтхард Сейферт.
Межслоевые экситоны дают особый оптический сигнал, отображающий то, что происходит при укладке слоев, и могут считаться идеальными для экспериментов квантовой электроники по контролю электронов в "долинах" (локальных минимумах зон проводимости) полупроводников. За счет помещения электрона в одну из таких "долин" должно происходить максимально эффективное кодирование информации.
По словам Сейферта, далее коллектив намерен исследовать, как именно вращение слоев влияет на электронные свойства материалов и того, что будет из них создаваться: элементов солнечных панелей, транзисторов и других устройств.
