O ângulo de torção na rede moiré controla a comutação de polarização de vale em heteroestruturas

Caracterização do dispositivo WSe₂ /WS₂ hBLs. Crédito:Avanços da Ciência

Em um estudo publicado na Science Advances Xu Xiulai da Universidade de Pequim demonstraram pela primeira vez a dependência da comutação da polarização do vale e do grau de polarização no período moiré por engenharia de torção em transição controlada eletricamente heterobicamadas de dichalcogeneto metálico (hBLs).

Os hBLs de Van der Waals (vdW) têm atraído muita atenção devido às suas estruturas de bandas de energia eletrônica e diversas propriedades físicas para potenciais aplicações optoeletrônicas baseadas em vales. O padrão moiré entre diferentes monocamadas em heteroestruturas vdW leva naturalmente a um potencial periódico em nanoescala, o que oferece uma oportunidade única para realizar a próxima geração de dispositivos Valleytronic.

A engenharia de torção é uma ferramenta poderosa para manipular os graus de liberdade do vale dos excitons intercamadas (IXs). Proporciona uma liberdade adicional para controlar o potencial excitônico, melhorando assim a controlabilidade das propriedades do vale. No entanto, o controle dependente do ângulo de torção do potencial excitônico e da polarização do vale em heteroestruturas controladas eletricamente não foi investigado.

Neste estudo, os pesquisadores demonstraram que a polarização do vale dos IXs pode ser efetivamente controlada ajustando o ângulo de torção. Tanto o grau de polarização circular (DCP) quanto a comutação de polarização são controlados eletricamente em WSe₂ fabricados /WS₂ dispositivos heteroestruturados com diferentes períodos moiré determinados pelo ângulo de torção.

Controle elétrico dos IXs no dispositivo com θ≈0°. Crédito:Avanços da Ciência
Propriedades de polarização dependentes do ângulo de torção. Crédito:Avanços da Ciência

Os mecanismos físicos do DCP dependente do ângulo de torção foram estudados experimentalmente tanto a partir da perspectiva intracamada quanto intercamada. Um potencial excitônico intercalar mais baixo em mínimos locais causado por um período moiré maior leva ao confinamento de mais excitons, resultando em DCP aprimorado.

Além disso, um aumento nas interações de troca elétron-buraco intracamadas (eh) em um grande ângulo resulta em uma diminuição no tempo de vida do vale intracamada e em uma polarização inicial reduzida do vale intracamada, levando em última análise a uma redução na polarização do vale intercamada.

Ao considerar a dependência da diferença de potencial excitônico no período moiré, cálculos teóricos baseados na teoria do primeiro princípio mostram que a diferença do potencial excitônico entre dois mínimos aumenta com o ângulo de torção, levando a uma maior polarização externa para dispositivos com maior ângulo de torção para mudar a polarização.

Com base nesta comutação de polarização, os pesquisadores também demonstraram um dispositivo de codificação endereçável por vale que fornece uma plataforma para futuras memórias não voláteis.

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