Amostras 2-D WTe2 (superior) e diagrama esquemático experimental (inferior) da configuração de medição dependente do ângulo. Crédito:FLEET
Restringir o movimento dos portadores de carga (elétrons ou buracos) a duas dimensões desbloqueia propriedades quânticas incomuns, resultando em propriedades eletrônicas úteis.
Embora nos referamos às camadas dentro de tais materiais como '2-D', eles não são estritamente bidimensionais. O que é fundamental é a restrição do movimento de uma partícula perpendicular ao plano do material, uma escala que é proporcional ao comprimento de onda de de Broglie da partícula.
Em essência, isso significa a faixa de algumas centenas de nanômetros até alguns nanômetros.
Muito pode ser aprendido observando precisamente em que espessura esses novos efeitos surgem.
Um estudo FLEET publicado na semana passada em Revisão Física B quantifica o ponto de transição preciso no material promissor ditelureto de tungstênio (WTe2).
Medições encontradas:
O estudo começou com a FLEET CI Xiaolin Wang da Universidade de Wollongong, com o FLEET Research Fellow, Dr. Feixiang Xiang, primeiro estudando a estrutura eletrônica especial de amostras WTe2 em massa que levam à grande magnetorresistência do material (publicado anteriormente).
Feixiang então preparou filmes finos de diferentes espessuras clivados de um único cristal usando micro-esfoliação em um substrato.
Após o estudo de filmes finos WTe2 na UOW, Feixiang usou laboratórios UNSW para fabricar os dispositivos a partir de amostras de filme fino e realizar medições de transporte usando instalações de medição de temperatura ultrabaixa e alto campo magnético.
Marcadores de alinhamento, eletrodos, e as almofadas de colagem foram fabricadas por litografia de feixe E.
As medições de oscilação quântica dependente de ângulo foram realizadas em campos magnéticos muito altos no laboratório de FLEET CI Alex Hamilton na UNSW, revelando como a estrutura da banda do material mudou com a diminuição da espessura, com um cruzamento 3-D-2-D quando a espessura da amostra foi reduzida abaixo de 26 nm.
"Esta descoberta foi muito importante, "diz Feixiang Xiang, que liderou o estudo na UOW e UNSW, "porque fixa duas escalas de comprimento crítico da estrutura eletrônica dependente da espessura em filmes finos WTe2."
A análise indicou que a área dos bolsos de Fermi diminui em amostras mais finas, sugerindo a sobreposição entre a banda de condução e a banda de valência se tornando menor. Isso não apenas explica a diminuição medida da densidade do portador em uma amostra mais fina, sugere que é possível abrir uma lacuna de banda e realizar o isolador topológico 2-D mesmo em amostras finas, como foi previsto pela teoria, e observada em compostos relacionados (MoS2 e MoTe2).
O ditelureto de tungstênio (WTe2) é um dichalcogeneto de metal de transição com várias propriedades promissoras:
Os dichalcogenetos de metais de transição (TMDs) são uma classe de materiais de van der Waals, compreendendo muitas camadas atômicas atomicamente finas ligadas por forças intermoleculares fracas.
Nós nos referimos aos TMDs como '2-D' por causa dessa estrutura de cristal em camadas.
Restringir o movimento dos portadores de carga a duas dimensões resulta em propriedades eletrônicas muito diferentes em comparação com materiais 3-D 'a granel', o que também sugere que mais, diferentes propriedades físicas podem acontecer no limite da monocamada - o ponto de transição de 3-D para 2-D.
O estudo Estrutura eletrônica dependente da espessura em filmes finos WTe2 foi publicado no jornal Physical Review B da American Physical Society em julho de 2018.
