Nouveau comportement physique, comme le comportement isolant de Mott, supraconductivité non conventionnelle et comportement liquide de spin quantique, se produit lorsque les électrons à l'intérieur d'un matériau interagissent les uns avec les autres. Lorsque les électrons sont confinés dans des dimensions inférieures telles que les plans 2D, ces effets peuvent devenir encore plus forts.

Inspiré par ces observations, chercheurs de l'UC Berkeley, le Laboratoire national Lawrence Berkeley, Université de Stanford, et d'autres universités du monde entier ont récemment mené une étude sur le comportement unique du 1T-TaSe bidimensionnel 2 . Leur papier, présenté dans Physique de la nature , indique que les corrélations électroniques dans ce matériau aboutissent à un état d'isolant de Mott robuste qui s'accompagne d'une texture orbitale inhabituelle.

« On a longtemps cru que la majeure partie (c'est-à-dire, 3-D) matériaux 1T-TaSe 2 et 1T-TaS 2 présentent un nouveau comportement résultant des interactions électron-électron, " Michael F. Crommie, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. « Un défi pour comprendre cette classe de matériaux, cependant, c'est qu'ils sont constitués d'empilements de couches 2D et que le couplage entre les couches brouille l'image de ce qui se passe dans les couches."

Pour surmonter ce défi et dans l'espoir de découvrir de nouveaux comportements, Crommie et ses collègues ont décidé d'éclaircir un cristal de 1T-TaSe 2 jusqu'à l'épaisseur d'une seule couche afin que les interactions entre les différentes couches ne soient plus un problème. Cela leur permettrait d'isoler le rôle du couplage intercouche en rajoutant des couches une par une tout en surveillant les changements dans le comportement du matériau.

"Pour suivre ce plan de match, nous avons cultivé des couches simples et des piles de quelques couches de 1T-TaSe 2 et caractérisé le comportement des électrons à l'intérieur en utilisant les techniques expérimentales de microscopie à effet tunnel (STM) et de photoémission à résolution angulaire (ARPES), " a expliqué Crommie. " Cela nous a permis de déterminer que 1T-TaSe monocouche 2 est un nouveau type d'isolateur appelé isolateur Mott, et que ce comportement est atténué par le couplage intercouche à mesure que d'autres couches sont ajoutées à une pile."

Membre de l'équipe de recherche de l'Advanced Light Source (ALS) du Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), dirigé par les physiciens Zhi-Xun Shen et Sung-Kwan Mo, croissance d'échantillons monocouches et à quelques couches de 1T-TaSe 2 en utilisant une méthode appelée épitaxie par faisceau moléculaire. Cette méthode consiste essentiellement à déposer du tantale et du sélénium à partir de faisceaux atomiques sur un substrat qui est chauffé pour induire la formation de cristaux atomiquement minces.

"Les cristaux atomiquement minces ont d'abord été interrogés à l'ALS par les groupes de Shen et Mo à l'aide d'ARPES, une méthode qui consiste à projeter des rayons X sur le matériau et à mesurer l'énergie et la quantité de mouvement des électrons qui sont expulsés, " a expliqué Crommie. " Les échantillons ont ensuite été amenés sur le campus de l'UC Berkeley et caractérisés par mon groupe de recherche utilisant STM. À la STM, une aiguille métallique pointue balaie la surface du cristal et tire des électrons à différentes énergies afin d'imager directement comment les électrons s'arrangent à l'échelle atomique."

Cet effort de recherche en collaboration impliquant des équipes de plusieurs institutions a conduit à une série de résultats passionnants. D'abord, les observations recueillies par Crommie et ses collègues ont déterminé que des couches simples de 1T-TaSe 2 former un nouveau système d'isolateur Mott 2-D. Seconde, ils ont fourni des informations précieuses sur certains des comportements uniques présentés par le système.

"Notre travail établit 1T-TaSe monocouche 2 en tant que nouvel isolant Mott 2D, " Yi Chen, a déclaré l'un des co-premiers auteurs de l'article. « Cela a pour résultat que les électrons de ce matériau s'organisent en de nouveaux modèles spatiaux, ou textures, qui n'ont jamais été vus auparavant. Nous avons également clarifié le rôle du couplage intercouche dans 1T-TaSe 2 et déterminé que cela le rend moins isolant et réduit les effets des interactions électron-électron."

En plus d'approfondir la compréhension actuelle de 1T-TaSe 2 matériaux et leurs propriétés, les découvertes recueillies par Crommie et ses collègues pourraient ouvrir la voie à la découverte de nouveaux états uniques de la matière. Les chercheurs prévoient maintenant de mener d'autres études sur d'autres propriétés ou comportements de 1T-TaSe 2 matériaux.

"Nous sommes ravis d'explorer d'autres états exotiques de la matière qui pourraient se produire dans ce nouvel isolant Mott 2D, tels que les états liquides de spin quantique et la supraconductivité non conventionnelle, " a déclaré Crommie. "Nous allons essayer de le caractériser et de manipuler davantage ses propriétés en l'incorporant dans de nouveaux appareils électriques."

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