La figura muestra las ondas de densidad de carga obtenidas mediante microscopía de túnel de barrido para (izquierda) bicapa (BL)-VSe2 y (derecha) monocapa (ML)-VSe2 . Las líneas discontinuas codificadas por colores representan los frentes de onda para las ondas de densidad de carga (CDW) 4a (negro) y 2.8a (cian) respectivamente. Crédito:ACS Nano
Físicos de la NUS han descubierto que la monocapa de diseleniuro de vanadio (VSe2 ) tiene estados ordenados por carga coexistentes con dos mecanismos impulsores distintos.
Las ondas de densidad de carga (CDW) son modulaciones estáticas de la densidad de electrones, que normalmente ocurren en un intervalo periódico de unas pocas constantes de red en materiales cristalinos. Los CDW convencionales ocurren dentro de regiones paralelas de la superficie electrónica ("Fermi") y están acompañados por una modulación periódica (Peierls) de la red atómica subyacente.
Aunque se conocen desde hace casi un siglo, las CDW siguen atrayendo una atención considerable dentro de la comunidad de física de la materia condensada. La aparición y la capacidad de ajuste de los CDW en materiales bidimensionales (2D) ultrafinos son particularmente interesantes, ya que estos materiales también pueden albergar otros estados novedosos (p. ej., magnetismo y superconductividad) y pueden ser útiles para aplicaciones electrónicas. El orden de carga en materiales ultrafinos con una o pocas capas de átomos también es de fundamental interés, debido a la mayor importancia de las interacciones electrón-electrón.
Diseleniuro de vanadio (VSe2 ) en su forma monocapa es un dicalcogenuro de metal de transición prototípico. Tiene un CDW triangular convencional con una periodicidad de cuatro veces su constante de red, 4a (donde a es la constante de red). Sin embargo, el estado fundamental de la monocapa VSe2 está rodeada de controversia, con informes contrastantes de estados ordenados de origen estructural, electrónico y magnético. Establecimiento de la naturaleza y origen del orden de carga en monocapa VSe2 es importante considerando su uso en aplicaciones potenciales y en la comprensión de los efectos del fuerte acoplamiento y las correlaciones en materiales ultrafinos.
El equipo de investigación dirigido por el profesor Andrew WEE y el profesor asistente Anjan SOUMYANARAYANAN, ambos del Departamento de Física de la Universidad Nacional de Singapur, lograron avances significativos para desentrañar la naturaleza y el origen del orden de carga que se encuentra en la monocapa VSe2. . Sus experimentos de microscopía de túnel de barrido (STM) establecen que mientras el CDW en bicapa (BL)-VSe2 está estrechamente relacionado con el material a granel, se vuelve cualitativamente distinto en monocapa VSe2 . Los estudios sistemáticos en diferentes sustratos y temperaturas revelan que la monocapa VSe2 alberga dos CDW unidireccionales contrastantes, con periodicidades de 4a y 2.8a respectivamente (ver Figura). Sus cálculos muestran que, mientras que el 4a CDW puede explicarse usando el mecanismo convencional de Peierls, el 2.8a CDW no puede explicarse dentro de este marco. En cambio, los investigadores demostraron que este CDW no convencional puede originarse a partir de fuertes interacciones electrón-electrón. Esta investigación es una colaboración con la Universidad de Ámsterdam y el Instituto Indio de Ciencias.
El profesor asistente Soumyanarayanan dijo:"Nuestros hallazgos han establecido la monocapa VSe2 como el primer material que alberga dos CDW coexistentes, cada uno con un mecanismo de conducción distinto. Este trabajo aborda la controversia que rodea al muy debatido estado fundamental de la monocapa VSe2 . Además allana el camino para el uso de interacciones emergentes para realizar y adaptar estados ordenados en películas ultrafinas y heteroestructuras, hacia dispositivos electrónicos no convencionales".
La investigación fue publicada en ACS Nano . Chorro de electrones en una onda de densidad de carga
