A Figura mostra (à esquerda) uma representação visual do plasmon anisotrópico do infravermelho médio em 2D-TMDs de fase quase metálica. (Médio) Monocamada de fase quase metálica - disseleneto de tungstênio (WSe2) com seu tungstênio zig-zag direcional (W, pontos azuis) estrutura traçada por linhas tracejadas vermelhas. (À direita) Esquema da elipsometria espectroscópica de alta resolução usada para sondar o plasmon de sistemas de filme fino. Esta é uma técnica óptica não invasiva baseada na mudança no estado de polarização da luz conforme ela é refletida obliquamente a partir de uma amostra de filme fino. Crédito:Ciência Avançada
Físicos da National University of Singapore descobriram novas excitações de carga coletiva anisotrópica no infravermelho médio em dichalcogenetos de metal de transição bidimensionais (2-D) de fase quasi-metálica (TMDs).
Estruturas padronizadas periódicas de baixa dimensão, como sistemas em camadas 2-D ou estruturas encadeadas unidimensionais (1D) em sistemas de materiais, exibem fenômenos de onda intrigantes devido às interações entre as muitas partículas no sistema (interações de muitos corpos). Essas estruturas periódicas de baixa dimensão resultam em propriedades únicas de materiais que geraram considerável interesse de pesquisa para uso em várias aplicações de dispositivos. Fase quase metálica 2-D-TMDs tem uma configuração de sanduíche distorcida, onde os átomos de metal de transição formam uma estrutura de cadeia em zigue-zague 1D (ver Figura). Essa estrutura periódica 1D dá origem a propriedades únicas de material anisotrópico que influenciam significativamente os recursos eletrônicos dos TMDs 2-D.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof Andrew Wee do Departamento de Física, NUS observou diretamente novos plasmons de regime de infravermelho médio em disseleneto de tungstênio de fase quase metálica de monocamada (WSe 2 ) e dissulfeto de molibdênio (MoS 2 )
WSe 2 e MoS 2 tem duas fases, uma fase quase metálica e uma fase semicondutora. Este fenômeno está presente apenas na fase quase metálica, mas ausente da fase semicondutora. Cálculos teóricos usando os primeiros princípios revelam que esses plasmons são anisotrópicos por natureza. Isso significa que, enquanto eles estão presentes na direção perpendicular à cadeia de metal de transição em zigue-zague, eles não se propagam ao longo da cadeia em zigue-zague.
Ao combinar técnicas espectroscópicas de alta resolução e análise detalhada dos primeiros princípios, as interações de Coulomb de longo alcance entre as cadeias de zigue-zague foram identificadas como o mecanismo-chave que impulsiona essa excitação coletiva 1-D. A equipe de pesquisa também postulou uma possível relação entre as excitações de plasmon observadas e o mecanismo supercondutor não convencional em fase quase metálica 2-D-TMDs.
Dr. Yin Xinmao, um pesquisador da equipe, disse, "A fase quase metálica 2-D-TMDs consiste em cadeias de metal em zigue-zague 1D empilhadas periodicamente ao longo de um único eixo, o que dá origem a propriedades eletrônicas e optoeletrônicas exclusivas. Essa descoberta da equipe nos plasmons do infravermelho médio pode abrir novos maneiras de explorar plasmons em aplicações científicas e de engenharia como plasmons em metais típicos são normalmente encontradas apenas na faixa ultravioleta. "
Prof Wee acrescentou, "É importante estudar esses modos de carga coletiva em sistemas 2-D encadeados para o desenvolvimento de aplicações de próxima geração. Estes variam de transistores de efeito de campo a fotodetectores e outros dispositivos optoeletrônicos."
A equipe planeja investigar mais a fundo essas novas excitações coletivas em outras estruturas periódicas de baixa dimensão, na esperança de desvendar mais compreensão da supercondutividade não convencional.
