Panel superior:esquema de excitación óptica en el valle K de monocapas WS2. Panel inferior:el mapa de intensidad de fotoluminiscencia (PL) de una isla triangular monocapa de WS2 y el mapa de polarización del valle asociado demuestran la clara relación inversa. Cada mapa cubre un área de 46 x 43 micrones. Las regiones que exhiben menor intensidad PL y menor calidad se encuentran en el centro de la escama y se irradian hacia afuera hacia las tres esquinas. Estas regiones corresponden a la polarización de valle más alta. Crédito:Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU.
Un equipo interdisciplinario de científicos del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. (NRL) ha descubierto un vínculo directo entre la calidad de la muestra y el grado de polarización del valle en los dicalcogenuros de metales de transición monocapa (TMD). En contraste con el grafeno, muchos TMD monocapa son semiconductores y son prometedores para futuras aplicaciones en tecnologías electrónicas y optoelectrónicas.
En este sentido, un 'valle' se refiere a la región en una estructura de banda electrónica donde se localizan tanto los electrones como los huecos, y 'polarización de los valles' se refiere a la proporción de las poblaciones de los valles, una métrica importante aplicada en la investigación de Valleytronics.
"Teóricamente se ha predicho un alto grado de polarización del valle en los TMD, pero los valores experimentales suelen ser bajos y varían ampliamente, "dijo Kathleen McCreary, Doctor., autor principal del estudio. "Es extremadamente importante determinar el origen de estas variaciones para mejorar nuestra comprensión básica de los TMD y avanzar en el campo de la Valleytronics".
Muchas de las tecnologías actuales (es decir, iluminación de estado sólido, transistores en chips de computadora, y baterías en teléfonos celulares) dependen simplemente de la carga del electrón y cómo se mueve a través del material. Sin embargo, en ciertos materiales como los TMD monocapa, los electrones se pueden colocar selectivamente en un valle electrónico elegido mediante excitación óptica.
"El desarrollo de materiales TMD y heteroestructuras híbridas 2D / 3D promete una funcionalidad mejorada relevante para futuras misiones del Departamento de Defensa, "dijo Berend Jonker, Doctor., investigador principal del programa. "Estos incluyen electrónica de potencia ultrabaja, memoria óptica no volátil, y aplicaciones de computación cuántica en procesamiento y detección de información ".
Los campos crecientes de espintrónica y valleytronics tienen como objetivo utilizar la población de espín o valle, en lugar de solo cobrar, para almacenar información y realizar operaciones lógicas. El progreso en estos campos en desarrollo ha atraído la atención de los líderes de la industria, y ya ha dado como resultado productos como la memoria magnética de acceso aleatorio que mejoran las tecnologías existentes basadas en carga.
El equipo se centró en monocapas TMD como WS2 y WSe2, que tienen una alta capacidad de respuesta óptica, y encontró que las muestras que exhibían una baja intensidad de fotoluminiscencia (PL) exhibían un alto grado de polarización de valle. Estos hallazgos sugieren un medio para diseñar la polarización de los valles mediante la introducción controlada de defectos y sitios de recombinación no radiativa.
"Comprender verdaderamente el motivo de la variación de una muestra a otra es el primer paso hacia el control valleytronic, ", Dijo McCreary." En un futuro cercano, es posible que podamos aumentar la polarización con precisión agregando sitios de defectos o reducir la polarización mediante la pasivación de los defectos ".
Los resultados de esta investigación se informan en la edición de agosto de 2017 de la ACS Nano .
