Échantillons 2-D WTe2 (supérieur) et schéma expérimental (inférieur) de la configuration de mesure dépendant de l'angle. Crédit :FLOTTE
Contraindre le mouvement des porteurs de charge (électrons ou trous) à deux dimensions débloque des propriétés quantiques inhabituelles, résultant en des propriétés électroniques utiles.
Bien que nous nous référons aux couches au sein de ces matériaux comme « 2-D », ils ne sont pas strictement bidimensionnels. La clé est la restriction du mouvement d'une particule perpendiculairement au plan du matériau à une échelle proportionnelle à la longueur d'onde de de Broglie de la particule.
En substance, cela signifie la gamme de quelques centaines de nanomètres à quelques nanomètres.
On peut apprendre beaucoup en observant précisément à quelle épaisseur ces nouveaux effets apparaissent.
Une étude FLEET publiée la semaine dernière dans Examen physique B quantifie le point de transition précis dans le matériau prometteur ditellurure de tungstène (WTe2).
Mesures trouvées :
L'étude a commencé sous FLEET CI Xiaolin Wang à l'Université de Wollongong, avec le chercheur FLEET Dr. Feixiang Xiang, étudiant d'abord la structure électronique spéciale d'échantillons en vrac de WTe2 qui conduit à la très grande magnétorésistance du matériau (publié précédemment).
Feixiang a ensuite préparé des films minces de différentes épaisseurs clivés à partir d'un monocristal en utilisant une micro-exfoliation sur un substrat.
Après étude des couches minces WTe2 à l'UOW, Feixiang a utilisé les laboratoires de l'UNSW pour fabriquer les dispositifs à partir d'échantillons à couche mince et effectuer des mesures de transport à l'aide d'installations de mesure à très basse température et à champ magnétique élevé.
Marqueurs d'alignement, électrodes, et les plots de liaison ont été fabriqués par lithographie par faisceau électronique.
Des mesures d'oscillation quantique dépendantes de l'angle ont été effectuées dans des champs magnétiques très élevés au laboratoire de FLEET CI Alex Hamilton à l'UNSW, révélant comment la structure de la bande du matériau a changé avec la diminution de l'épaisseur, avec un croisement 3-D-2-D lorsque l'épaisseur de l'échantillon a été réduite en dessous de 26 nm.
"Cette découverte était très importante, " dit Feixiang Xiang, qui a dirigé l'étude à l'UOW et à l'UNSW, "parce qu'il identifie deux échelles de longueur critique de la structure électronique dépendante de l'épaisseur dans les films minces WTe2."
L'analyse a indiqué que la surface des poches de Fermi diminue dans les échantillons plus minces, suggérant que le chevauchement entre la bande de conduction et la bande de valence devient plus petit. Cela explique non seulement la diminution mesurée de la densité de porteurs dans un échantillon plus mince, cela suggère qu'il est possible d'ouvrir une bande interdite et de réaliser l'isolant topologique 2D dans des échantillons même minces, comme cela a été prédit par la théorie, et observés dans des composés apparentés (MoS2 et MoTe2).
Le ditellurure de tungstène (WTe2) est un dichalcogénure de métal de transition avec plusieurs propriétés prometteuses :
Les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) sont une classe de matériaux de van der Waals, comprenant de nombreuses couches atomiques minces liées par de faibles forces intermoléculaires.
Nous appelons les TMD « 2-D » en raison de cette structure cristalline en couches.
Contraindre le mouvement des porteurs de charge à deux dimensions entraîne des propriétés électroniques très différentes par rapport aux matériaux « en vrac » 3D, ce qui suggère également que plus, différentes propriétés physiques pourraient se produire à la limite de la monocouche - le point de transition de la 3-D à la 2-D.
L'étude Structure électronique dépendante de l'épaisseur dans les films minces WTe2 a été publiée dans la revue Physical Review B de l'American Physical Society en juillet 2018.
