Les physiciens du NUS ont découvert que le diséléniure de vanadium monocouche (VSe₂ ) a des états de charge ordonnés coexistants avec deux mécanismes d'entraînement distincts.

Les ondes de densité de charge (CDW) sont des modulations statiques de la densité électronique, se produisant généralement à un intervalle périodique de quelques constantes de réseau dans les matériaux cristallins. Les CDW conventionnels se produisent dans des régions parallèles de la surface électronique ("Fermi") et s'accompagnent d'une modulation périodique (Peierls) du réseau atomique sous-jacent.

Bien que connus depuis près d'un siècle, les CDW continuent de susciter une attention considérable au sein de la communauté de la physique de la matière condensée. L'occurrence et l'accordabilité des CDW dans les matériaux ultrafins bidimensionnels (2D) sont particulièrement intéressantes car ces matériaux peuvent également héberger d'autres états nouveaux (par exemple, le magnétisme et la supraconductivité) et peuvent être utiles pour les applications électroniques. L'ordre de charge dans les matériaux ultra-minces avec une ou plusieurs couches d'atomes est également d'un intérêt fondamental, en raison de l'importance accrue des interactions électron-électron.

Diséléniure de vanadium (VSe₂ ) sous sa forme monocouche est un prototype de dichalcogénure de métal de transition. Il a un CDW triangulaire conventionnel avec une périodicité de quatre fois sa constante de réseau, 4a (où a est la constante de réseau). Cependant, l'état fondamental de la monocouche VSe₂ est entouré de controverses, avec des rapports contrastés d'états ordonnés d'origine structurelle, électronique et magnétique. Établissement de la nature et de l'origine de l'ordre de charge dans le VSe monocouche₂ est important compte tenu de son utilisation dans des applications potentielles et pour comprendre les effets du couplage fort et des corrélations dans les matériaux ultrafins.

L'équipe de recherche dirigée par le professeur Andrew WEE et le professeur adjoint Anjan SOUMYANARAYANAN, tous deux du département de physique de l'Université nationale de Singapour, ont fait des progrès significatifs dans la découverte de la nature et de l'origine de l'ordre de charge trouvé dans la monocouche VSe₂ . Leurs expériences de microscopie à effet tunnel (STM) établissent que tandis que le CDW dans la bicouche (BL)-VSe₂ est étroitement lié au matériau en vrac, il devient qualitativement distinct dans le VSe monocouche₂ . Des études systématiques sur différents substrats et températures révèlent que la monocouche VSe₂ héberge deux CDW unidirectionnels contrastés, avec des périodicités de 4a et 2,8a respectivement (voir figure). Leurs calculs montrent que, alors que le CDW 4a peut être expliqué à l'aide du mécanisme de Peierls conventionnel, le CDW 2.8a ne peut pas être expliqué dans ce cadre. Au lieu de cela, les chercheurs ont montré que ce CDW non conventionnel pouvait provenir de fortes interactions électron-électron. Cette recherche est une collaboration avec l'Université d'Amsterdam et l'Indian Institute of Science.

Le professeur adjoint Soumyanarayanan a déclaré :"Nos découvertes ont établi une monocouche VSe₂ en tant que premier matériau hébergeant deux CDW coexistants, chacun avec un mécanisme d'entraînement distinct. Ce travail aborde la controverse entourant l'état fondamental très débattu de la monocouche VSe₂ . Cela ouvre en outre la voie à l'utilisation d'interactions émergentes pour réaliser et adapter des états ordonnés dans des films ultra-minces et des hétérostructures, vers des dispositifs électroniques non conventionnels."

La recherche a été publiée dans ACS Nano . + Explorer plus loin

Électrons de ballottement dans une onde de densité de charge