Автор AZoNano 12 ноября 2020 г.

]

Исследовательское сообщество под руководством Корнельского университета разработало метод объединения двумерных полупроводников и захвата электронов по повторяющейся схеме, в результате чего был получен уникальный и давно предложенный кристалл.

Исследование под названием «Коррелированные изолирующие состояния при фракционном заполнении муаровых сверхрешеток» было опубликовано в журнале Nature 11 ноября 2020 года. Ведущий автор статьи является доктором. исследователь Ян Сюй.

Этот проект был разработан совместной лабораторией Кин Фай Мака, доцента физики в Колледже искусств и наук, и Цзе Шаня, профессора прикладной и инженерной физики Инженерного колледжа, соавторов бумага.

И Мак, и Шан являются членами Института наномасштабов Кавли в Корнелле; они приехали в Корнелл через инициативу проректора по наноразмерной науке и микросистемной инженерии (NEXT Nano)

.

Физик-теоретик Юджин Вигнер был первым, кто предложил кристалл электронов в 1934 году. Он предположил, что когда отталкивание, вызванное отрицательно заряженными электронами, известное как кулоновское отталкивание, управляет кинетической энергией электронов, будет разработан кристалл.

Исследователи попытались несколько способов подавить эту кинетическую энергию, например, поместив электроны в огромное магнитное поле, примерно в миллион раз больше магнитного поля Земли. В целом кристаллизация остается недостижимой, но команда Корнелла определила новый метод для ее достижения.

Электроны квантово-механические. Даже если вы ничего с ними не делаете, они все время спонтанно теребятся . Кристалл электронов на самом деле имел бы тенденцию просто плавиться, потому что так трудно удерживать электроны фиксированными в периодической структуре .

Кин Фай Мак, доцент физики, Колледж искусств и наук, Корнельский университет

Таким образом, команда пришла к решению построить настоящую ловушку путем наложения двух монослоев полупроводников, диселенида вольфрама (WSe ₂ ) и дисульфида вольфрама (WS ₂ ), разработанного сотрудниками Колумбийского университета

Каждый монослой имеет несколько разную постоянную решетки. После объединения монослоев вместе они образуют муаровую сверхрешетку, которая в первую очередь похожа на гексагональную сетку. Затем команда разместила электроны в определенных местах рисунка. Подобно тому, что они обнаружили в более раннем проекте, энергетический барьер между узлами блокирует электроны в их положении.

Мы можем контролировать среднюю степень заполнения электронами в определенном муаровом участке .

Кин Фай Мак, доцент физики, Колледж искусств и наук, Корнельский университет

Сложный узор муаровой сверхрешетки вместе с неустойчивой природой электронов и необходимостью разместить их в очень определенном порядке заставили команду обратиться за помощью к Фейту Эльзеру, профессору физики и соавтору статьи. , который оценил коэффициент заполнения, при котором различные расположения электронов будут самокристаллизоваться.

Но трудность с кристаллами Вигнера заключается не только в их изготовлении, но и в их наблюдении.

Чтобы создать электронный кристалл, вам нужно создать правильные условия, и в то же время они хрупкие . Вам нужен хороший способ их исследовать. Вы действительно не хотите сильно беспокоить их, исследуя их .

Кин Фай Мак, доцент физики, Колледж искусств и наук, Корнельский университет

Исследователи разработали новый метод оптического зондирования, который включает размещение оптического датчика близко к образцу и размещение всей структуры между изолирующими слоями гексагонального нитрида бора, разработанный сотрудниками Национального института материаловедения в Японии.

Поскольку датчик изолирован от образца примерно на 2 нм, он не нарушает работу системы.

Новый метод позволил исследователям заметить несколько электронных кристаллов с разной симметрией кристаллов, от кристаллов Вигнера с треугольной решеткой до кристаллов, которые самовыравниваются в димеры и полосы. Таким образом, исследователи показали, что простые ингредиенты можно использовать для создания сложных моделей, если ингредиенты остаются неподвижными в течение более длительного периода.

Соавторы исследования – ученые из Колумбийского университета и Национального института материаловедения в Японии.

Исследование и изготовление устройства финансировались Министерством энергетики США, Управлением военно-морских исследований США и Товариществом Дэвида и Люсиль Паккард.

Ссылка на журнал:

Xu, Y., и др. . (2020) Коррелированные изолирующие состояния при частичном заполнении муаровых сверхрешеток. Природа . doi.org/10.1038/s41586-020-2868-6.

Источник: https://www.cornell.edu/[19459008visible