نانو تصویربرداری از انتقال بین دو باند در مواد چند لایه 2D

نانوساختارهای نیمه رسانا در توسعه الکترونیک و اپتو الکترونیک نقش مهمی ایفا کرده است. بسیاری از برنامه های کاربردی در محدوده فرکانس مادون قرمز و terahertz از انتقال، انتقال بین دو باند، بین حالت های کوانتیزه در چاه های کوانتومی نیمه هادی استفاده می کنند. این انتقال های داخل باند دارای قدرت بسیار قوی نوسانگر است و نزدیک به وحدت است. کشف آنها در ساختارهای نیمه هادی III-V تاثیر بزرگی در جامعه فیزیک ماده چگال یافته داشت و موجب توسعه نانو فوتوالکترونهای خورشیدی کوانتومی و همچنین لیزرهای آبشار کوانتومی شد.

چاه های کوانتومی با بالاترین کیفیت، معمولا با اپتیکاسیون مولکولی پرتو (رشد متوالی لایه های بلوری) ساخته می شوند که یک روش خوبی است. با این وجود، دو محدودیت عمده وجود دارد: تطبیق شبکه، محدودیت آزادی مواد را انتخاب می کند، و رشد حرارتی باعث انتشار اتمی و افزایش زبری انعطاف پذیری می شود.

مواد 2D می توانند بر این محدودیت ها غلبه کنند، زیرا آنها به طور طبیعی یک کوانتومی با واسطه های اتمی دارند. آنها واسطه های بدون عارضه و اتمی را تضمین می کنند، که امکان تشکیل QW های ایده آل را بدون هیچ گونه ناهمگونی انتشاری فراهم می کند،. آنها نیازی به رشد اپیتاکسیال در بستر تطبیقی ​​ندارند و به همین ترتیب می توانند به آسانی جدا شوند و به سایر سیستم های الکترونیکی نظیر Si CMOS یا سیستم های نوری نظیر حفره ها  متصل شوند.

به اندازه کافی، انتقال دو باندی در مواد دو بعدی چند لایه قبل از آن، نه از لحاظ تجربی و نه نظری، مورد مطالعه قرار نگرفته است. بنابراین، در یک مطالعه اخیر منتشر شده در Nature Nanotechnology ، محققان ICFO پیتر اسمیت، فابین ویلا، متیو ماسیکوت، Klaas-Jan Tielrooij، گابریل Navickaite، به رهبری ICREA پروفسور ICFO فرانک کاپنس، در همکاری با موسسه Lumière Matiere – CNRS، دانشکده فنی دانمارک، موسسه ماکس پلانک برای ساختار و دینامیک مواد، CIC nanoGUNE و موسسه گرافن ملی، در مورد اولین محاسبات نظری و اولین بررسی تجربی انتقال فرکانس های متقابل در چاه های کوانتومی نیمه هادی چند لایه مواد 2D (TMD) کردند.

در آزمایش خود، تیم محققان، میکروسکوپ نوری نزدیک به میدان (SN-SOM) را به عنوان روش نوآورانه برای اندازه گیری جذب طیفی با وضوح فضایی زیر 20 نانومتر، مورد استفاده قرار داد. آنها TMD ها را از بین بردند، که شامل تراکم ضخامت های مختلف لایه در اندازه های جانبی در حدود چند میکرومتر بود. آنها به طور مستقیم رزونانس های بین باند را برای این ضخامت های مختلف کوانتومی در یک دستگاه مشاهده می کنند. آنها همچنین الکترواستاتیک چگالی حامل شارژ را تنظیم کرده و جذب بین دو باند را در هر دو گروه ولنس و رسانا نشان دادند. این مشاهدات با محاسبات دقیق نظری که اثرات بسیاری از بدن و غیر محلی را نشان می داد، تکمیل و پشتیبانی می شد.

نتایج حاصل از این مطالعه، راه را برای کشف ناشناخته در این طبقه جدید از مواد فراهم می کند و اولین نگاهی به فیزیک و فن آوری را فراهم می کند که از طریق انتقال بین دو باند در مواد 2D مانند آشکارسازهای مادون قرمز، منابع و لیزر ها با پتانسیل فشرده ادغام با Si CMOS می باشد.

منبع داستان:

مواد ارائه شده توسط ICFO- موسسه علوم فوتونی .