Muestras 2-D WTe2 (superior) y diagrama esquemático experimental (inferior) de la configuración de medición dependiente del ángulo. Crédito:FLOTA
Restringir el movimiento de los portadores de carga (electrones o huecos) a dos dimensiones desbloquea propiedades cuánticas inusuales, resultando en propiedades electrónicas útiles.
Aunque nos referimos a las capas dentro de tales materiales como '2-D', no son estrictamente bidimensionales. La clave es la restricción del movimiento de una partícula perpendicular al plano del material, una escala que es proporcional a la longitud de onda de De Broglie de la partícula.
En esencia, esto significa el rango desde unos pocos cientos de nanómetros hasta unos pocos nanómetros.
Se puede aprender mucho observando con precisión en qué medida surgen estos nuevos efectos.
Un estudio FLEET publicado la semana pasada en Revisión física B cuantifica el punto de transición preciso en el material prometedor ditelurida de tungsteno (WTe2).
Medidas encontradas:
El estudio comenzó con FLEET CI Xiaolin Wang en la Universidad de Wollongong, con el Dr. Feixiang Xiang, investigador de FLEET, el primero en estudiar la estructura electrónica especial de las muestras de WTe2 a granel que conduce a la gran magnetorresistencia del material (publicado anteriormente).
Luego, Feixiang preparó películas delgadas de diferente grosor escindidas de un solo cristal mediante microexfoliación sobre un sustrato.
Después del estudio de películas delgadas WTe2 en UOW, Feixiang utilizó laboratorios de la UNSW para fabricar los dispositivos a partir de muestras de película delgada y realizar mediciones de transporte utilizando instalaciones de medición de campos magnéticos de alta temperatura y ultrabaja.
Marcadores de alineación, electrodos, y las almohadillas de unión se fabricaron mediante litografía con haz de electrones.
Las mediciones de la oscilación cuántica dependiente del ángulo se realizaron en campos magnéticos muy altos en el laboratorio de FLEET CI Alex Hamilton en la UNSW. revelando cómo la estructura de la banda del material cambia con la disminución del grosor, con un cruce 3-D – 2-D cuando el espesor de la muestra se redujo por debajo de 26 nm.
"Este hallazgo fue muy importante, "dice Feixiang Xiang, quien dirigió el estudio tanto en la UOW como en la UNSW, "porque fija dos escalas de longitud críticas de la estructura electrónica dependiente del espesor en películas delgadas WTe2".
El análisis indicó que el área de las bolsas de Fermi disminuye en muestras más delgadas, sugiriendo que la superposición entre la banda de conducción y la banda de valencia se hace más pequeña. Esto no solo explica la disminución medida de la densidad del portador en una muestra más delgada, sugiere que es posible abrir una banda prohibida y realizar el aislante topológico 2-D incluso en muestras delgadas, como ha sido predicho por la teoría, y observado en compuestos relacionados (MoS2 y MoTe2).
La ditelurida de tungsteno (WTe2) es una capa, dicalcogenuro de metal de transición con varias propiedades prometedoras:
Los dicalcogenuros de metales de transición (TMD) son una clase de materiales de van der Waals, que comprende muchas capas atómicas atómicamente delgadas unidas por débiles fuerzas intermoleculares.
Nos referimos a los TMD como '2-D' debido a esta estructura de cristal en capas.
Restringir el movimiento de los portadores de carga a dos dimensiones da como resultado propiedades electrónicas muy diferentes en comparación con los materiales 'a granel' 3-D, lo que también sugiere que más, diferentes propiedades físicas podrían ocurrir en el límite de la monocapa, el punto de transición de 3-D a 2-D.
El estudio Estructura electrónica dependiente del espesor en películas delgadas WTe2 se publicó en la revista Physical Review B de la American Physical Society en julio de 2018.
