En utilisant la lumière ultraviolette, les chercheurs ont sondé les caractéristiques électroniques d'un semi-conducteur 2D (violet) à mesure que le nombre de couches de substrat (vert) augmentait. Dans les cartes de données, les cercles rouges marquent une caractéristique électronique qui a diminué au fur et à mesure que des couches de substrat ont été ajoutées. Crédit :Meng Kai Lin/Université de l'Illinois à Urbana-Champaign
Les couches atomiquement minces sont d'un grand intérêt technologique en raison des propriétés électroniques potentiellement utiles qui émergent lorsque l'épaisseur de la couche approche de la limite 2D. De tels matériaux ont tendance à former des liaisons faibles à l'extérieur de la couche et sont donc généralement supposés non affectés par les substrats qui fournissent un support physique.
Pour progresser encore, cependant, les scientifiques doivent tester rigoureusement cette hypothèse, non seulement pour mieux comprendre la physique monocouche, mais aussi parce que l'existence d'effets de substrat augmente la possibilité d'ajuster les propriétés de la couche en ajustant le substrat.
Comme indiqué dans le journal Lettres d'examen physique , une équipe dirigée par Tai-Chang Chiang de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et son associé postdoctoral, Meng-Kai Lin, utilisé la source lumineuse avancée (ALS) de Berkeley Lab pour sonder les changements dans les propriétés électroniques d'un semi-conducteur 2D, tellurure de titane, comme l'épaisseur d'un substrat, tellurure de platine, a été augmenté. Le tellurure de titane monocouche est très sensible à ce qui se trouve en dessous, ce qui le rend particulièrement utile comme cas de test pour étudier les effets de couplage du substrat.
Les résultats ont montré que lorsque l'épaisseur du substrat augmente, une variation dramatique et systématique s'est produite dans le tellurure de titane monocouche. Un phénomène électronique connu sous le nom d'onde de densité de charge - une charge couplée et une distorsion de réseau caractéristique du tellurure de titane monocouche - a été supprimé.
"Les résultats expérimentaux, combinés à des simulations théoriques de principes premiers, a conduit à une explication détaillée des résultats en termes d'interactions de base en mécanique quantique entre la couche unique et le substrat accordable, " dit Lin.
Étant donné que la liaison interfaciale est restée faible, les chercheurs ont conclu que les changements observés étaient corrélés à la transformation du substrat d'un semi-conducteur en un semi-métal à mesure qu'il augmentait en épaisseur.
"Cette étude systématique illustre le rôle crucial que jouent les interactions de substrat dans la physique des films ultraminces, " a déclaré Lin. " La compréhension scientifique dérivée de notre travail fournit également un cadre pour la conception et l'ingénierie de films ultrafins pour des propriétés utiles et améliorées. "
