A Figura mostra (a) medição de microscópio eletrônico de transmissão de varredura da borda em zigue-zague de um floco de dissulfeto de tântalo (TaS2) em nitreto de boro hexagonal (h-BN) com as estruturas geométricas previstas calculadas por cálculos de teoria funcional de densidade (DFT). (b) Imagens de microscopia de força atômica de grande área e zoom-in de 2H-TaS2 (forma triangular) epitaxialmente crescidas em substrato h-BN. A barra de escala é de 1 nm. Crédito: ACS Nano
Os pesquisadores da NUS demonstraram que a fase da onda de densidade de carga (CDW) na fase H de dissulfeto de tântalo (TaS 2 ) bicamadas podem ser estabilizadas à temperatura ambiente por interações interfaciais com um substrato de nitreto de boro hexagonal (h-BN).
A mecânica quântica nos diz que todas as partículas se comportam como ondas. A natureza ondulatória das partículas é particularmente evidente para partículas com massas muito pequenas, como elétrons. Em alguns materiais de baixa dimensão, elétrons se formam coerentes, ondas periódicas na rede cristalina, resultando em distorções semelhantes a ondas na rede atômica chamada de fase CDW. A fase CDW pode exibir fenômenos novos, e tem uma condutividade elétrica diferente da fase usual, que pode potencialmente levar a novos avanços nas aplicações do dispositivo. Contudo, a fase CDW normalmente existe em temperaturas muito baixas. Esforços para aumentar a temperatura de transição de fase CDW, conhecido como TCDW, têm se concentrado no impacto da tensão interfacial e dopantes de carga. Contudo, os efeitos de tais modificações no TCDW não foram significativos, porque a extensão na qual a fase CDW é estabilizada por tais modificações é intrinsecamente limitada.
Nesse trabalho, Grupo do Prof Loh Kian Ping do Departamento de Química, NUS, observaram a presença de uma fase CDW à temperatura ambiente em TaS de fase H 2 bicamadas quando são cultivadas epitaxialmente em substratos de h-BN. A mesma fase de CDW em TaS em massa 2 (sem o substrato h-BN) existe apenas em temperaturas muito mais baixas, abaixo de 77 K. Usando cálculos de mecânica quântica, Grupo do Prof Quek Su Ying do Departamento de Física, NUS, descobriram que o aumento no TCDW resultou principalmente das interações interfaciais entre o TaS 2 e o substrato h-BN, e em menor grau, tensão interfacial.
A microscopia eletrônica de transmissão de varredura e as medições Raman forneceram evidências para a fase CDW 3 × 3 da temperatura ambiente para TaS 2 quando é epitaxialmente cultivado em um substrato h-BN. TaS 2 forma uma superrede Moiré com h-BN. Na estrutura do CDW, o arranjo de rede dos átomos de enxofre (S) não são mais equidistantes um do outro, mas pode ser classificado em dois grupos. Um grupo tem átomos de S que são organizados mais uns dos outros (+), enquanto outro grupo tem átomos de S dispostos mais próximos uns dos outros (-).
Cálculos da teoria funcional da densidade em 18 configurações de empilhamento diferentes nesta supercélula mostram que os átomos de tântalo (Ta) e S estão sempre dispostos de forma que o grupo (+) esteja centrado no átomo de nitrogênio (N) subjacente, enquanto o grupo (-) está centrado no átomo de boro (B) subjacente. Esta observação pode ser entendida a partir do fato de que os átomos de S carregam uma leve carga negativa em TaS 2 . Eles são repelidos pelo átomo de N carregado negativamente em h-BN, e atraído pelo átomo B carregado positivamente. Assim, a modulação eletrostática de Moiré induzida pelos átomos B e N subjacentes no substrato h-BN favorece a estrutura atômica CDW na bicamada (ou monocamada) TaS 2 . Este novo mecanismo para a estabilização da fase CDW é confirmado pela observação experimental - que TaS 2 orientado aleatoriamente no substrato h-BN não tem uma fase CDW à temperatura ambiente.
O prof. Quek disse:"Na literatura, As interações de Moiré em heteroestruturas de materiais 2-D resultaram em muitos fenômenos interessantes. Este trabalho mostra que a gama completa de tais fenômenos ainda está por ser completamente descoberta. Podemos usar essas interações de Moiré interfaciais para projetar a fase quântica de sistemas de materiais 2-D, e esse grau de controle é o que torna os materiais atomicamente finos tão fascinantes. "
