La figura muestra (a) medición de microscopio electrónico de transmisión de barrido del borde en zigzag de una escama de disulfuro de tantalio (TaS2) en nitruro de boro hexagonal (h-BN) con las estructuras geométricas predichas calculadas mediante cálculos de la teoría funcional de densidad (DFT). (b) Imágenes de microscopía de fuerza atómica de gran área y zoom de 2H-TaS2 (forma triangular) cultivadas epitaxialmente en sustrato de h-BN. La barra de escala es de 1 nm. Crédito: ACS Nano
Los investigadores de NUS han demostrado que la fase de onda de densidad de carga (CDW) en disulfuro de tantalio de fase H (TaS 2 ) Las bicapas se pueden estabilizar a temperatura ambiente mediante interacciones interfaciales con un sustrato de nitruro de boro hexagonal (h-BN).
La mecánica cuántica nos dice que todas las partículas se comportan como ondas. La naturaleza ondulatoria de las partículas es particularmente evidente para partículas con masas muy pequeñas, como los electrones. En algunos materiales de baja dimensión, los electrones se forman coherentes, ondas periódicas en la red cristalina, resultando en distorsiones en forma de onda en la red atómica llamada fase CDW. La fase CDW puede exhibir fenómenos novedosos, y tiene una conductividad eléctrica diferente de la fase habitual, lo que potencialmente puede conducir a nuevos avances en las aplicaciones de los dispositivos. Sin embargo, la fase CDW existe típicamente a temperaturas muy bajas. Esfuerzos para aumentar la temperatura de transición de fase CDW, conocido como TCDW, se han centrado en el impacto de la tensión interfacial y los dopantes de carga. Sin embargo, los efectos de tales modificaciones en TCDW no han sido significativos, porque la medida en que la fase CDW se estabiliza mediante tales modificaciones está intrínsecamente limitada.
En este trabajo, El grupo del profesor Loh Kian Ping del Departamento de Química, NUS, observó la presencia de una fase CDW a temperatura ambiente en la fase H TaS 2 bicapas cuando crecen epitaxialmente en sustratos de h-BN. La misma fase CDW en TaS a granel 2 (sin el sustrato h-BN) existe solo a temperaturas mucho más bajas, por debajo de 77 K. Usando cálculos de mecánica cuántica, Grupo del profesor Quek Su Ying del Departamento de Física, NUS, encontró que el aumento en TCDW resultó principalmente de interacciones interfaciales entre el TaS 2 y el sustrato h-BN, y en un grado menor, cepa interfacial.
La microscopía electrónica de transmisión de barrido y las mediciones Raman proporcionaron evidencia de la fase de CDW 3 × 3 a temperatura ambiente para TaS 2 cuando crece epitaxialmente sobre un sustrato de h-BN. TaS 2 forma una superrejilla de Moiré con h-BN. En la estructura CDW, la disposición reticular de los átomos de azufre (S) ya no son equidistantes entre sí, pero se puede clasificar en dos grupos. Un grupo tiene átomos de S que están dispuestos más lejos entre sí (+), mientras que otro grupo tiene átomos de S dispuestos más cerca unos de otros (-).
Los cálculos de la teoría funcional de la densidad en 18 configuraciones de apilamiento diferentes en esta supercélula muestran que los átomos de tantalio (Ta) y S siempre están dispuestos de tal manera que el grupo (+) se centra en el átomo de nitrógeno (N) subyacente, mientras que el grupo (-) está centrado en el átomo de boro (B) subyacente. Esta observación se puede entender por el hecho de que los átomos de S tienen una ligera carga negativa en TaS 2 . Son repelidos por el átomo de N cargado negativamente en h-BN, y atraído por el átomo de B cargado positivamente. Por lo tanto, la modulación electrostática de Moiré inducida por los átomos B y N subyacentes en el sustrato h-BN favorece la estructura atómica CDW en la bicapa (o monocapa) TaS 2 . Este novedoso mecanismo para la estabilización de la fase CDW es confirmado por la observación experimental:que TaS 2 orientado aleatoriamente sobre el sustrato h-BN no tiene una fase CDW a temperatura ambiente.
El profesor Quek dijo:"En la literatura, Las interacciones muaré en heteroestructuras de materiales 2-D han dado lugar a muchos fenómenos interesantes. Este trabajo muestra que la gama completa de tales fenómenos aún no se ha descubierto por completo. Podemos utilizar estas interacciones Moiré interfaciales para diseñar la fase cuántica de los sistemas de materiales 2-D, y este grado de control es lo que hace que los materiales atómicamente delgados sean tan fascinantes ".
