Les chercheurs du NUS ont démontré que la phase d'onde de densité de charge (CDW) dans le disulfure de tantale en phase H (TaS 2 ) les bicouches peuvent être stabilisées à température ambiante par des interactions interfaciales avec un substrat de nitrure de bore hexagonal (h-BN).

La mécanique quantique nous dit que toutes les particules se comportent comme des ondes. La nature ondulatoire des particules est particulièrement évidente pour les particules de très petites masses, comme les électrons. Dans certains matériaux de faible dimension, les électrons forment cohérents, ondes périodiques dans le réseau cristallin, entraînant des distorsions ondulatoires dans le réseau atomique appelée phase CDW. La phase CDW peut présenter des phénomènes nouveaux, et a une conductivité électrique différente de la phase habituelle, ce qui peut potentiellement conduire à de nouvelles avancées dans les applications des appareils. Cependant, la phase CDW existe généralement à des températures très basses. Les efforts pour augmenter la température de transition de phase CDW, connu sous le nom de TCDW, se sont concentrés sur l'impact de la contrainte interfaciale et des dopants de charge. Cependant, les effets de telles modifications sur le TCDW n'ont pas été significatifs, car la mesure dans laquelle la phase CDW est stabilisée par de telles modifications est intrinsèquement limitée.

Dans ce travail, Le groupe du professeur Loh Kian Ping du département de chimie, NOUS, observé la présence d'une phase CDW à température ambiante dans la phase H TaS 2 bicouches lorsqu'elles sont épitaxiées sur des substrats h-BN. La même phase CDW en vrac TaS 2 (sans le substrat h-BN) n'existe qu'à des températures beaucoup plus basses, en dessous de 77 K. En utilisant des calculs de mécanique quantique, Le groupe du professeur Quek Su Ying du Département de physique, NOUS, ont constaté que l'augmentation de TCDW résultait principalement d'interactions interfaciales entre le TaS 2 et le substrat h-BN, et dans une moindre mesure, contrainte interfaciale.

La microscopie électronique à transmission à balayage et les mesures Raman ont fourni des preuves de la phase 3 × 3 CDW à température ambiante pour TaS 2 lorsqu'il est épitaxié sur un substrat h-BN. TaS 2 forme un super-réseau Moiré avec h-BN. Dans la structure CDW, la disposition réticulaire des atomes de soufre (S) n'est plus équidistante les uns des autres, mais peuvent être classés en deux groupes. Un groupe a des atomes S qui sont disposés plus loin les uns des autres (+), tandis qu'un autre groupe a des atomes S disposés plus près les uns des autres (-).

Les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité sur 18 configurations d'empilement différentes dans cette supercellule montrent que les atomes de tantale (Ta) et S sont toujours disposés de telle manière que le groupe (+) est centré sur l'atome d'azote (N) sous-jacent, tandis que le groupe (-) est centré sur l'atome de bore (B) sous-jacent. Cette observation peut être comprise du fait que les atomes S portent une légère charge négative dans TaS 2 . Ils sont repoussés par l'atome de N chargé négativement dans le h-BN, et attiré par l'atome B chargé positivement. Ainsi, la modulation électrostatique Moiré induite par les atomes B et N sous-jacents dans le substrat h-BN favorise la structure atomique CDW en bicouche (ou monocouche) TaS 2 . Ce nouveau mécanisme de stabilisation de la phase CDW est confirmé par l'observation expérimentale que TaS 2 orienté de manière aléatoire sur le substrat h-BN n'a pas de phase CDW à température ambiante.

Le professeur Quek a dit, "Dans la littérature, Les interactions de moiré dans les hétérostructures matérielles 2-D ont donné lieu à de nombreux phénomènes intéressants. Ce travail montre que la gamme complète de ces phénomènes n'est pas encore complètement découverte. Nous pouvons utiliser ces interactions de Moiré interfaciales pour concevoir la phase quantique de systèmes matériels 2D, et ce degré de contrôle est ce qui rend les matériaux atomiquement minces si fascinants."