Figuren visar (vänster) en visuell representation av det mitten av infraröda anisotropa plasmonet i kvasi-metalliska fas 2D-TMD. (Mitten) Kvantmetallfas monoskikt-volfram diselenid (WSe2) med dess riktade sicksack volfram (W, blå prickar) struktur spåras av röda streckade linjer. (Höger) Schematisk över högupplöst spektroskopisk ellipsometri som används för att sondera plasmonen i tunnfilmsystem. Detta är en icke-invasiv optisk teknik baserad på förändringen i ljusets polariseringstillstånd då den reflekteras snett från ett tunnfilmsprov. Kredit:Avancerad vetenskap
Fysiker från National University of Singapore har upptäckt nya medelinfraröda anisotropa kollektiva laddningsexitationer i kvasimetalliska fas-tvådimensionella (2-D) övergångsmetalldikalkogenider (TMD).
Lågdimensionella periodiska mönstrade strukturer, såsom 2-D-skiktade system eller endimensionella (1D) kedjade strukturer i materialsystem, uppvisar spännande vågfenomen på grund av interaktionerna mellan de många partiklarna i systemet (mångkroppsinteraktioner). Dessa lågdimensionella periodiska strukturer resulterar i unika materialegenskaper som har genererat stort forskningsintresse för användning i olika apparatapplikationer. Kvasimetalliska fas 2-D-TMD:er har en förvrängd sandwichkonfiguration där övergångsmetallatomerna bildar en 1D-sicksackkedjestruktur (se figur). Denna periodiska 1D-struktur ger upphov till unika anisotropa materialegenskaper som väsentligt påverkar de elektroniska egenskaperna hos 2-D-TMD.
Ett forskargrupp ledd av prof Andrew Wee från Institutionen för fysik, NUS har direkt observerat nya mid-infraröda regimplasmoner i kvasimetallisk fas monolager volfram diselenid (WSe 2 ) och molybdendisulfid (MoS 2 ).
WSe 2 och MoS 2 har två faser, en kvasi-metallisk fas och en halvledande fas. Detta fenomen finns bara i den kvasi-metalliska fasen, men frånvarande från den halvledande fasen. Teoretiska beräkningar med hjälp av första principer avslöjar att dessa plasmoner är anisotropa till sin natur. Detta innebär att, medan de är närvarande i riktningen vinkelrätt mot zig-zag-övergångsmetallkedjan, de sprider sig inte längs sicksackkedjan.
Genom att kombinera högupplösta spektroskopiska tekniker och detaljerad analys av första principer, de långväga Coulomb-interaktionerna mellan sicksackkedjorna har identifierats som nyckelmekanismen som driver denna 1-D kollektiva excitation. Forskargruppen postulerade också ett möjligt samband mellan de observerade plasmon excitationerna och den okonventionella superledande mekanismen i kvasi-metalliska fas 2-D-TMD.
Dr Yin Xinmao, en forskare i teamet, sa, "De kvasimetalliska fas 2-D-TMD:erna består av 1D zigzag metallkedjor staplade periodiskt längs en enda axel vilket ger upphov till unika elektroniska och optoelektroniska egenskaper. Detta resultat av teamet på mitten av infraröda plasmoner öppnar eventuellt nya sätt att utnyttja plasmoner i vetenskapliga och tekniska tillämpningar som plasmoner i typiska metaller finns vanligtvis bara i det ultravioletta området. "
Professor Wee tillade, "Det är viktigt att studera dessa laddningskollektiva lägen i 2-D-kedjade system för utveckling av nästa generations applikationer. Dessa sträcker sig från fälteffekttransistorer till fotodetektorer och andra optoelektroniska enheter."
Teamet planerar att ytterligare undersöka sådana nya kollektiva excitationer i andra lågdimensionella periodiska strukturer, i hopp om att få ut mer förståelse för den okonventionella supraledningen.
