Исследователи научились управлять деформацией на наноуровне для будущих оптоэлектронных устройств
Международная исследовательская группа с участием ученых «Сколтеха» (группа ВЭБ.РФ) разработала способ создания одномерных квантовых проводов в структурах из двух разных двумерных материалов — диселенида молибдена и диселенида вольфрама. В основе технологии лежит растяжение слоев, при котором меняется взаимное расположение атомов между слоями, а вместе с ним — электронные и оптические характеристики. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Механизм формирования квантовых проволок
Двумерные материалы имеют толщину всего в три атома. Если соединить два таких материала под небольшим углом, атомы в месте контакта располагаются в виде регулярного узора: чередуются участки с более и менее выгодным расположением атомов. При растяжении структуры в одном направлении узор меняется: вместо треугольных областей появляются длинные параллельные полосы, разделенные узкими промежутками шириной от 3 до 15 нанометров. В этих промежутках возникают квантовые потенциальные ямы, что приводит к захвату электронно-дырочных пар — экситонов — внутри узкой линии. Так формируется квантовая проволока.
Методы визуализации и результаты
Для наблюдения структуры до и после деформации ученые использовали два метода визуализации. Сначала узор наблюдали с помощью торсионной атомно-силовой микроскопии. Затем образец перенесли на подложку с параллельными выступами, которые создавали локальное растяжение около 0,1% — этого оказалось достаточно, чтобы перестроить узор из двумерного в одномерный. Перестройка была подтверждена с помощью сканирующей электронной микроскопии. В результате экситоны в одномерных каналах стали испускать свет с линейной поляризацией, направленной вдоль каналов, со степенью поляризации до 0,9.
Анвар Баймуратов, руководитель теоретической части исследования, доцент Центра инженерной физики «Сколтеха» и руководитель Группы теории двумерных материалов, отметил: «Мы показали, что растяжение позволяет переключать структуру из двумерной конфигурации в одномерную. Это дает возможность управлять энергией, временем жизни и поляризацией излучения, выбирая начальный угол поворота слоев и изменяя профиль подложки для контроля деформации на наноуровне. Такая степень контроля необходима для создания квантовых устройств с направленным и перестраиваемым излучением».
Перспективы применения
Результаты открывают возможность создания одномерных квантовых проволок с заданными свойствами для применения в оптоэлектронике, квантовых сенсорах и элементах квантовой обработки информации. Подход позволяет настраивать поведение материала без химических добавок и сложной обработки, что может лечь в основу гибкой электроники и устройств, реагирующих на давление, изгиб или растяжение.
Контекст
- Биткоин: $75694 (24ч: -1.1%)
- Ethereum: $2074.44 (24ч: -0.8%)