Panneau supérieur :schéma d'excitation optique dans la vallée K des monocouches WS2. Panneau inférieur :carte d'intensité de photoluminescence (PL) d'un îlot monocouche triangulaire de WS2 et la carte de polarisation de vallée associée démontrent la relation inverse claire. Chaque carte couvre une zone de 46 x 43 microns. Les régions présentant la plus petite intensité PL et la plus faible qualité se trouvent au centre du flocon et rayonnent vers l'extérieur vers les trois coins. Ces régions correspondent à la polarisation de vallée la plus élevée. Crédit :US Naval Research Laboratory
Une équipe interdisciplinaire de scientifiques du Naval Research Laboratory (NRL) des États-Unis a découvert un lien direct entre la qualité des échantillons et le degré de polarisation de la vallée dans les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) monocouches. Contrairement au graphène, de nombreux TMD monocouches sont des semi-conducteurs et sont prometteurs pour de futures applications dans les technologies électroniques et optoélectroniques.
Dans ce sens, une « vallée » fait référence à la région d'une structure de bande électronique où les électrons et les trous sont localisés, et la « polarisation des vallées » fait référence au rapport des populations des vallées, une métrique importante appliquée dans la recherche sur la valletronics.
"Un degré élevé de polarisation de vallée a été théoriquement prédit dans les TMD, mais les valeurs expérimentales sont souvent faibles et varient considérablement, " a déclaré Kathleen McCreary, Doctorat., auteur principal de l'étude. "Il est extrêmement important de déterminer l'origine de ces variations afin d'approfondir notre compréhension de base des TMD ainsi que de faire progresser le domaine de la valleytronics."
De nombreuses technologies d'aujourd'hui (c'est-à-dire l'éclairage à semi-conducteurs, transistors dans les puces informatiques, et les batteries des téléphones portables) dépendent simplement de la charge de l'électron et de la façon dont il se déplace à travers le matériau. Cependant, dans certains matériaux comme les TMD monocouches, les électrons peuvent être placés sélectivement dans une vallée électronique choisie en utilisant une excitation optique.
"Le développement de matériaux TMD et d'hétérostructures hybrides 2D/3D promet des fonctionnalités améliorées pertinentes pour les futures missions du ministère de la Défense, " a déclaré Berend Jonker, Doctorat., chercheur principal du programme. « Il s'agit notamment de l'électronique ultra-basse consommation, mémoire optique non volatile, et les applications de calcul quantique dans le traitement et la détection de l'information."
Les domaines croissants de la spintronique et de la valleytronics visent à utiliser la population de spin ou de vallée, plutôt que de simplement facturer, pour stocker des informations et effectuer des opérations logiques. Les progrès dans ces domaines en développement ont attiré l'attention des leaders de l'industrie, et a déjà abouti à des produits tels que la mémoire magnétique à accès aléatoire qui améliorent les technologies existantes basées sur la charge.
L'équipe s'est concentrée sur les monocouches TMD telles que WS2 et WSe2, qui ont une haute réactivité optique, et ont constaté que les échantillons présentant une faible intensité de photoluminescence (PL) présentaient un degré élevé de polarisation de vallée. Ces résultats suggèrent un moyen de concevoir la polarisation de la vallée via l'introduction contrôlée de défauts et de sites de recombinaison non radiatifs
"Comprendre vraiment la raison de la variation d'un échantillon à l'autre est la première étape vers le contrôle valleytronic, " a déclaré McCreary. " Dans un avenir proche, nous pouvons être en mesure d'augmenter avec précision la polarisation en ajoutant des sites de défauts ou de réduire la polarisation par passivation des défauts."
Les résultats de cette recherche sont rapportés dans l'édition d'août 2017 du ACS Nano .
