Войдите в МАЭСТРО, платформу следующего поколения для экспериментов рентгена в Advanced Light Source (ALS) в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (Berkeley Lab), которая обеспечивает новые представления микромасштаба об этом странном 2-м мире.В исследовании, опубликованном 22 января в журнале Nature Physics, исследователи обнулили в на подписях экзотического поведения электронов в 2-м материале с резолюцией микромасштаба.
Новое понимание, подбираемое из этих экспериментов, показывает, что свойства 2-го полупроводникового материала, который они изучили, названный вольфрамовым дисульфидом (WS2), могут быть очень настраиваемыми, с возможными заявлениями на электронику и другие формы информационного хранения, обработки и передачи.Те заявления могли включать устройства следующего поколения, порожденные от появляющихся областей исследования как spintronics, excitonics и valleytronics. В этих областях исследователи стремятся управлять свойствами как импульс и энергетические уровни в электронах материала и частицах копии, чтобы более эффективно нести и хранить информацию – аналогичный щелканию и нолей в обычной памяти компьютера.
Spintronics, например, полагается на контроль неотъемлемого свойства электронов, известных как вращение, а не их обвинение; excitonics мог умножить перевозчики обвинения в устройствах, чтобы повысить эффективность в солнечных батареях и светодиодном освещении; и valleytronics использовал бы разделения в электронных структурах материала как отличные карманы или «долины» для того, чтобы хранить информацию.Сигнал они измерили МАЭСТРО использования (Микроскопическая и Электронная Обсерватория Структуры) показал существенно увеличенное разделение между двумя энергетическими уровнями или «группы», связанные с электронной структурой материала. Это увеличенное разделение служит хорошим предзнаменованием для своего потенциального использования в spintronics устройствах.
WS2, как уже известно, взаимодействует сильно со светом, также. Новые результаты, вместе с его ранее известными свойствами, делают его многообещающим кандидатом на оптоэлектронику, в которой электроника может использоваться, чтобы управлять выпуском света, и наоборот.«Эти свойства могли быть очень захватывающими технологически», сказал Крис Джозвиэк, научный сотрудник АЛЬСА кто co-led исследование. Последнее исследование «в принципе показывает способность изменить эти ключевые свойства с прикладными электрическими полями в устройстве».
Он добавил, «Способность спроектировать особенности электронных структур этого и других материалов могла быть очень полезной в том, чтобы заставлять некоторые из этих возможностей осуществиться. Мы прямо сейчас в краю способности изучить огромное множество материалов, и измерить их электронное поведение и учиться, как эти эффекты развиваются в еще меньших масштабах».Исследование также предполагает, что примерки, которые являются экзотическими комбинациями с тремя частицами электронов и экситонов (связанные пары электронов и их противоположно заряженного коллеги «отверстия»), могли объяснить эффекты, которые они измерили в 2-м материале. Отверстия и электроны оба служат перевозчиками обвинения в полупроводниках, найденных в популярных электронных устройствах.
Исследователи использовали форму ARPES (решенная углом фотоэмиссионная спектроскопия) в МАЭСТРО beamline, чтобы отшвырнуть электроны ногой от образцов с рентгеном и узнать об электронной структуре образцов от направления и энергии изгнанных электронов. Техника может решить, как электроны в материале взаимодействуют друг с другом.
«Есть очень немного непосредственных наблюдений частицы, взаимодействующей с двумя или больше другими частицами», сказал Илий Ротенберг, старший научный сотрудник из АЛЬСА, который осмыслял МАЭСТРО больше чем десятилетие назад. Это было построено с целью непосредственно наблюдать такие взаимодействия «много-тела», подробно не возможные прежде, сказал он. «Это – то, что мы шли для того, когда мы построили МАЭСТРО beamline».МАЭСТРО, который открылся ученым в 2016, также показывает несколько станций, которые позволяют исследователям изготовлять и управлять образцами для исследований рентгена, поддерживая нетронутые условия, которые защищают их от загрязнения.
МАЭСТРО один среди десятков рентгена beamlines в АЛЬСЕ, которые специализированы для образцов в пределах от белков и вакцин к батареям и метеоритам.В дополнение к точным измерениям МАЭСТРО тщательная подготовка вольфрама disfulfide отслаивается в достаточном размере для исследования, и их передача в основной материал (основание), которое не препятствовало их электронным свойствам или затруднило измерения рентгена, была также жизненно важна в успехе последнего исследования, отметил Джозвиэк.Йиоти Каток, ведущий автор исследования и исследователь в Университете штата Огайо, сказал, «Двумерные материалы чрезвычайно чувствительны к своей среде, таким образом, обязательно полностью понять роль любых внешних беспорядков, которые затрагивают их свойства».
Katoch работал с Роландом Каваками, преподавателем физики в штате Огайо, в подготовке образцов и проектировании эксперимента. Они соединили образцы WS2 к нитриду бора, который обеспечил стабильную, не взаимодействующую платформу, которая была крайне важна для измерений рентгена.
Тогда они использовали металл в качестве «внешней кнопки», чтобы изменить свойства WS2.«Это исследование позволяет два критических прорыва: это обеспечивает ясное фундаментальное понимание того, как удалить внешние эффекты, измеряя внутренние свойства 2-х материалов, и это позволяет нам настраивать свойства 2-х материалов, просто изменяя их среду».
Сорен Алструп, доцент в Орхусском университете, который работал над экспериментами МАЭСТРО WS2 как постдокторский исследователь, добавил, «Наблюдение, что внутренние электронные свойства образцов WS2 были важным шагом, но возможно самое большое удивление этого исследования появилось, когда мы начали увеличивать число электронов в системе – процесс назвал допинг.«Это лидерство к разительной перемене разделения в структуре группы WS2», сказал он, который предлагает присутствие примерок.МАЭСТРО может обращаться с размерами очень небольшой выборки на заказе десятков микронов, отметил Ротенберга, который является также ключом в изучении этого и других 2-х материалов. «Есть большие усилия решить свойства материалов в меньших и меньших масштабах», сказал он, чтобы лучше понять фундаментальные свойства 2-х материалов, и ученые теперь работают, чтобы выдвинуть возможности МАЭСТРО изучить еще меньшие особенности – вниз к наноразмерному.
Там ускоряет R&D в укладку 2-х слоев, чтобы скроить их свойства для специализированных заявлений, Джозвиэк сказал, и МАЭСТРО подходящий к измерению электронных свойств этих сложенных материалов, также.«Мы видим очень явное воздействие на свойства, объединяя два материала, и мы видим, как они вызывают изменение, когда мы изменяемся, какие материалы мы объединяем», сказал он.
«Есть бесконечное множество возможностей в этом мире ‘2-го Legos’, и теперь у нас есть другое окно в эти захватывающие поведения».