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二维材料中的导激子

2021/11/8 20:23:24      材料来源:化合物半导体

研究人员创造了“激子”线,可以实现基于应变电子学的二维化合物半导体器件


纽约城市学院的物理学家及其在日本和德国的合作者宣布在激子(存在于绝缘体、半导体和某些液体中的电中性准粒子)研究方面取得进展。

 

他们创造了一个“激子”线,或激子的一维通道。他们希望这反过来可以产生创新器件,以取代目前由标准晶体管技术执行的某些任务。

 

Florian Dirnberger,是CCNY 发现与创新中心 Vinod Menon 研究小组的博士后,以及发表在《科学进展》杂志上的这项研究的主要作者之一,他详细介绍了该团队的突破。 “我们的主要成就是设法在二维半导体中创造出这些激子线,本质上是激子的一维通道,”他说。

 

“由于电荷中性激子不是简单地由外部电压控制的,我们不得不采用另一种方法。通过将原子级薄的 2D 晶体沉积在一根比人的头发细一千倍的微观细丝上,我们在二维材料中创建了一个细长的小凹痕,将二维晶体中的原子稍微拉开,在材料中引起应变。对于激子来说,这个凹痕很像一根水管,一旦被困在里面,它们必然会沿着管道移动,实现激子的准一维传输。”

 

为此,他们构建了一个混合的 1D/2D 结构。承载激子的活性成分是单层 (1L) WSe2,完全封装在高质量的六方氮化硼 (hBN) 中,以提供均匀的介电屏蔽和抑制无序。然后将 hBN-WSe2 堆叠放置在 GaAs/Al0.36Ga0.64As 核/壳纳米线的顶部,并在约 8 μm 的长度上变形为 90 nm 的高度。

 

上图显示了由虚线表示的微观细线顶部的 2D 晶体形貌。激子沿着导线引起的凹痕自由移动,但不能在垂直方向上逸出。

 

研究人员认为这种进步为新器件的开发提供了可能性。“在纳米尺度上操纵激子的运动实现了向激子器件迈出的重要一步,”Dirnberger 指出。 “基于 2Dl 半导体过渡金属二硫属化物的平台提供了一种有趣的新方法,称为应变电子学。”

可能的结果包括基于激子的创新器件,这些激子在室温下工作,可以取代当代晶体管技术执行的某些任务。

 

除了 Dirnberger 和 CCNY 的 Menon 实验室的其他成员之外,由德累斯顿理工大学和雷根斯堡大学(德国)的 Alexey Chernikov 领导的研究人员以及日本国家材料科学研究所的研究人员一起参与了这项研究。

 

参考资料

'Quasi-1D exciton channels in strain-engineered 2D materials' by Florian Dirnberger et al; Science Advances 29 Oct 2021 Vol 7, Issue 44

 

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