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    Plasmons anisotropes dans les matériaux 2-D quasi-métalliques

    La figure montre (à gauche) une représentation visuelle du plasmon anisotrope moyen infrarouge dans les 2D-TMD à phase quasi-métallique. (Milieu) Phase quasi-métallique monocouche-diséléniure de tungstène (WSe2) avec son tungstène directionnel en zig-zag (W, points bleus) structure tracée par des lignes pointillées rouges. (À droite) Schéma de l'ellipsométrie spectroscopique haute résolution utilisée pour sonder le plasmon des systèmes à couche mince. Il s'agit d'une technique optique non invasive basée sur le changement de l'état de polarisation de la lumière lorsqu'elle est réfléchie obliquement à partir d'un échantillon de film mince. Crédit :Sciences avancées

    Des physiciens de l'Université nationale de Singapour ont découvert de nouvelles excitations collectives anisotropes dans l'infrarouge moyen dans les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) bidimensionnels (2D) à phase quasi métallique.

    Structures à motifs périodiques de faible dimension, tels que les systèmes en couches 2D ou les structures enchaînées unidimensionnelles (1D) dans les systèmes de matériaux, présentent des phénomènes ondulatoires intrigants dus aux interactions entre les nombreuses particules du système (interactions à plusieurs corps). Ces structures périodiques de faible dimension se traduisent par des propriétés matérielles uniques qui ont suscité un intérêt de recherche considérable pour une utilisation dans diverses applications de dispositifs. Les 2-D-TMD à phase quasi métallique ont une configuration en sandwich déformée où les atomes de métal de transition forment une structure de chaîne en zigzag 1D (voir la figure). Cette structure périodique 1D donne lieu à des propriétés de matériau anisotropes uniques qui influencent de manière significative les caractéristiques électroniques des 2-D-TMD.

    Une équipe de recherche dirigée par le professeur Andrew Wee du Département de physique, NUS a observé directement de nouveaux plasmons à régime moyen infrarouge dans du diséléniure de tungstène monocouche en phase quasi-métallique (WSe 2 ) et le bisulfure de molybdène (MoS 2 ).

    WSe 2 et MoS 2 avoir deux phases, une phase quasi-métallique et une phase semi-conductrice. Ce phénomène n'est présent que dans la phase quasi-métallique, mais absent de la phase semi-conductrice. Des calculs théoriques utilisant les premiers principes révèlent que ces plasmons sont de nature anisotrope. Cela signifie que, alors qu'ils sont présents dans la direction perpendiculaire à la chaîne de métal de transition en zigzag, ils ne se propagent pas le long de la chaîne en zigzag.

    En combinant des techniques spectroscopiques à haute résolution et une analyse détaillée des premiers principes, les interactions coulombiennes à longue distance entre les chaînes en zigzag ont été identifiées comme le mécanisme clé à l'origine de cette excitation collective 1-D. L'équipe de recherche a également postulé une relation possible entre les excitations plasmoniques observées et le mécanisme supraconducteur non conventionnel dans les 2-D-TMD à phase quasi-métallique.

    Dr Yin Xinmao, un chercheur dans l'équipe, mentionné, "Les phases quasi-métalliques 2-D-TMD sont constituées de chaînes métalliques en zig-zag 1D empilées périodiquement le long d'un seul axe, ce qui donne lieu à des propriétés électroniques et optoélectroniques uniques. Cette découverte de l'équipe sur les plasmons dans l'infrarouge moyen ouvre potentiellement de nouvelles les moyens d'exploiter les plasmons dans des applications scientifiques et techniques, car les plasmons dans les métaux typiques ne se trouvent généralement que dans la gamme ultraviolette. »

    Le professeur Wee a ajouté, « Il est important d'étudier ces modes collectifs de charge dans des systèmes à chaînes 2-D pour le développement d'applications de nouvelle génération. Ceux-ci vont des transistors à effet de champ aux photodétecteurs et autres dispositifs optoélectroniques.

    L'équipe prévoit d'étudier plus avant ces nouvelles excitations collectives dans d'autres structures périodiques de faible dimension, dans l'espoir de mieux comprendre la supraconductivité non conventionnelle.


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