La estructura de 1T-TaSe2 de una sola capa. Crédito:Chen et al.
Nuevo comportamiento físico como el comportamiento aislante de Mott, superconductividad no convencional y comportamiento líquido de espín cuántico, ocurre cuando los electrones dentro de un material interactúan entre sí. Cuando los electrones se limitan a dimensiones inferiores, como los planos 2-D, estos efectos pueden volverse aún más fuertes.
Inspirado por estas observaciones, investigadores de UC Berkeley, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, Universidad Stanford, y otras universidades de todo el mundo han llevado a cabo recientemente un estudio que investiga el comportamiento único de 1T-TaSe bidimensional 2 . Su papel presentado en Física de la naturaleza , indica que las correlaciones de electrones en este material dan como resultado un estado robusto del aislante Mott que se acompaña de una textura orbital inusual.
"Durante mucho tiempo se ha creído que la mayor parte (es decir, 3-D) materiales 1T-TaSe 2 y 1T-TaS 2 exhiben un comportamiento novedoso que surge de las interacciones electrón-electrón, "Michael F. Crommie, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Un desafío para comprender esta clase de materiales, sin embargo, es que están hechos de pilas de capas 2-D y el acoplamiento entre las capas nubla la imagen de lo que está sucediendo dentro de las capas ".
Para superar este desafío y con la esperanza de descubrir nuevos comportamientos, Crommie y sus colegas decidieron diluir un cristal de 1T-TaSe 2 hasta el grosor de una sola capa para que las interacciones entre las diferentes capas ya no sean un problema. Esto les permitiría aislar el papel del acoplamiento entre capas agregando capas de una en una mientras monitorean los cambios en el comportamiento del material.
"Para seguir este plan de juego, cultivamos capas individuales y pilas de pocas capas de 1T-TaSe 2 y caracterizó cómo se comportan los electrones en el interior mediante el uso de técnicas experimentales de microscopía de túnel de barrido (STM) y fotoemisión resuelta en ángulo (ARPES), "Explicó Crommie." Esto nos permitió determinar que 1T-TaSe de una sola capa 2 es un tipo novedoso de aislante llamado aislante Mott, y que este comportamiento se apaga mediante el acoplamiento entre capas a medida que se agregan más capas a una pila ".
Textura orbital exótica en 1T-TaSe2 de una sola capa. Crédito:Chen et al.
Una parte del equipo de investigación de la Fuente de luz avanzada (ALS) en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), dirigido por los físicos Zhi-Xun Shen y Sung-Kwan Mo, cultivó muestras de una sola capa y pocas capas de 1T-TaSe 2 utilizando un método llamado epitaxia de haz molecular. Este método consiste esencialmente en depositar tantalio y selenio de haces atómicos sobre un sustrato que se calienta para inducir la formación de cristales atómicamente delgados.
"Los cristales atómicamente delgados fueron interrogados por primera vez en el ALS por los grupos de Shen y Mo usando ARPES, un método que implica hacer brillar rayos X sobre el material y medir la energía y el momento de los electrones que son expulsados, "Explicó Crommie." Las muestras fueron luego llevadas al campus de UC Berkeley y caracterizadas por mi grupo de investigación usando STM. En STM, una aguja de metal afilada escanea la superficie del cristal y extrae electrones a diferentes energías para obtener una imagen directa de cómo se organizan los electrones en la escala atómica ".
Este esfuerzo de investigación colaborativo que involucró a equipos en múltiples instituciones condujo a una serie de resultados emocionantes. Primero, las observaciones recopiladas por Crommie y sus colegas determinaron que capas individuales de 1T-TaSe 2 Formar un nuevo sistema de aislante Mott 2-D. Segundo, proporcionaron información valiosa sobre algunos de los comportamientos únicos exhibidos por el sistema.
"Nuestro trabajo establece 1T-TaSe de una sola capa 2 como un nuevo aislante Mott 2-D, "Yi Chen, dijo uno de los primeros coautores del artículo. "Esto da como resultado que los electrones de este material se organicen en patrones espaciales novedosos, o texturas, que nunca antes se han visto. También aclaramos el papel del acoplamiento entre capas en 1T-TaSe 2 y determinó que esto lo hace menos aislante y reduce los efectos de las interacciones electrón-electrón ".
Además de profundizar el conocimiento actual de 1T-TaSe 2 materiales y sus propiedades, Los hallazgos recopilados por Crommie y sus colegas podrían allanar el camino para el descubrimiento de nuevos estados únicos de la materia. Los investigadores ahora planean realizar más estudios que investiguen otras propiedades o comportamientos de 1T-TaSe. 2 materiales.
"Estamos emocionados de explorar otros estados exóticos de la materia que podrían ocurrir en este nuevo aislante Mott 2-D, como estados líquidos de espín cuántico y superconductividad no convencional, ", Dijo Crommie." Intentaremos caracterizarlo y manipular más sus propiedades incorporándolo en nuevos dispositivos eléctricos ".
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