La figura muestra (izquierda) una representación visual del plasmón anisotrópico del infrarrojo medio en 2D-TMD de fase cuasi-metálica. (Medio) Monocapa de fase cuasi-metálica- diselenuro de tungsteno (WSe2) con su tungsteno en zig-zag direccional (W, puntos azules) estructura trazada por líneas rojas discontinuas. (Derecha) Esquema de elipsometría espectroscópica de alta resolución utilizada para sondear el plasmón de sistemas de película delgada. Esta es una técnica óptica no invasiva basada en el cambio en el estado de polarización de la luz cuando se refleja oblicuamente en una muestra de película delgada. Crédito:Ciencias Avanzadas
Físicos de la Universidad Nacional de Singapur han descubierto nuevas excitaciones de carga colectiva anisotrópica del infrarrojo medio en dicalcogenuros de metales de transición (TMD) de fase cuasi-metálica bidimensional (2-D).
Estructuras estampadas periódicas de baja dimensión, tales como sistemas de capas 2-D o estructuras encadenadas unidimensionales (1D) en sistemas de materiales, exhiben fenómenos de ondas intrigantes debido a las interacciones entre las muchas partículas en el sistema (interacciones de muchos cuerpos). Estas estructuras periódicas de baja dimensión dan como resultado propiedades materiales únicas que han generado un considerable interés de investigación para su uso en diversas aplicaciones de dispositivos. Los 2-D-TMD de fase cuasi-metálica tienen una configuración de sándwich distorsionada donde los átomos del metal de transición forman una estructura de cadena en zig-zag 1D (ver Figura). Esta estructura periódica 1D da lugar a propiedades de material anisotrópico únicas que influyen significativamente en las características electrónicas de los 2-D-TMD.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Andrew Wee del Departamento de Física, NUS ha observado directamente nuevos plasmones de régimen de infrarrojo medio en diselenuro de tungsteno monocapa de fase cuasi-metálica (WSe 2 ) y bisulfuro de molibdeno (MoS 2 ).
WSe 2 y MoS 2 tener dos fases, una fase cuasi-metálica y una fase semiconductora. Este fenómeno solo está presente en la fase cuasi-metálica, pero ausente de la fase semiconductora. Los cálculos teóricos que utilizan los primeros principios revelan que estos plasmones son de naturaleza anisotrópica. Esto significa que, mientras están presentes en la dirección perpendicular a la cadena de metal de transición en zig-zag, no se propagan a lo largo de la cadena en zig-zag.
Combinando técnicas espectroscópicas de alta resolución y análisis detallados de los primeros principios, las interacciones de Coulomb de largo alcance entre las cadenas en zig-zag se han identificado como el mecanismo clave que impulsa esta excitación colectiva 1-D. El equipo de investigación también postuló una posible relación entre las excitaciones de plasmón observadas y el mecanismo superconductor no convencional en los 2-D-TMD de fase cuasi-metálica.
Dr. Yin Xinmao, un investigador del equipo, dijo, "Los 2-D-TMD de fase cuasi-metálica consisten en cadenas de metal en zig-zag 1D apiladas periódicamente a lo largo de un solo eje, lo que da lugar a propiedades electrónicas y optoelectrónicas únicas. Este hallazgo del equipo en los plasmones del infrarrojo medio podría abrir nuevas las formas de explotar los plasmones en aplicaciones científicas y de ingeniería como los plasmones en metales típicos se encuentran generalmente sólo en el rango ultravioleta ".
Prof Wee agregó, "Es importante estudiar estos modos colectivos de carga en sistemas encadenados en 2-D para el desarrollo de aplicaciones de próxima generación. Estos van desde transistores de efecto de campo hasta fotodetectores y otros dispositivos optoelectrónicos".
El equipo planea investigar más a fondo estas excitaciones colectivas novedosas en otras estructuras periódicas de baja dimensión, con la esperanza de desentrañar una mayor comprensión de la superconductividad no convencional.
