Ett tvärvetenskapligt team av forskare vid U.S. Naval Research Laboratory (NRL) har upptäckt en direkt koppling mellan provkvalitet och graden av dalpolarisering i monolager övergångsmetalldikalkogenider (TMD). I motsats till grafen, många monolager TMD:er är halvledare och visar lovande för framtida tillämpningar inom elektronisk och optoelektronisk teknologi.

I det här sammanhanget, en "dal" hänvisar till området i en elektronisk bandstruktur där både elektroner och hål är lokaliserade, och "dalpolarisering" hänvisar till förhållandet mellan dalpopulationer - ett viktigt mått som används i valleytronikforskning.

"En hög grad av dalpolarisering har teoretiskt förutspåtts i TMD, men experimentella värden är ofta låga och varierar kraftigt, sa Kathleen McCreary, Ph.D., huvudförfattare till studien. "Det är extremt viktigt att fastställa ursprunget till dessa variationer för att främja vår grundläggande förståelse av TMDs samt föra fram valleytronics."

Många av dagens teknologier (d.v.s. halvledarbelysning, transistorer i datorchips, och batterier i mobiltelefoner) förlitar sig helt enkelt på elektronens laddning och hur den rör sig genom materialet. Dock, i vissa material såsom monolager TMD, elektroner kan selektivt placeras i en vald elektronisk dal genom att använda optisk excitation.

"Utvecklingen av TMD-material och hybrid 2D/3D-heterostrukturer lovar förbättrad funktionalitet som är relevant för framtida uppdrag från försvarsdepartementet, sa Berend Jonker, Ph.D., huvudutredare av programmet. "Dessa inkluderar elektronik med ultralåg effekt, icke-flyktigt optiskt minne, och kvantberäkningstillämpningar inom informationsbehandling och avkänning."

De växande områdena för spintronics och valleytronics syftar till att använda spin- eller dalpopulationen, istället för att bara ta betalt, att lagra information och utföra logiska operationer. Framsteg inom dessa utvecklingsområden har uppmärksammats av industriledare, och har redan resulterat i produkter som magnetiskt random access-minne som förbättrar de befintliga avgiftsbaserade teknologierna.

Teamet fokuserade på TMD-monoskikt som WS2 och WSe2, som har hög optisk känslighet, och fann att prover som uppvisade låg fotoluminescens (PL) intensitet uppvisade en hög grad av dalpolarisering. Dessa fynd tyder på ett sätt att konstruera dalpolarisering via kontrollerad introduktion av defekter och icke-strålningsrekombinationsställen

"Att verkligen förstå orsaken till prov-till-prov variation är det första steget mot valleytronic kontroll, " sade McCreary. "Inom en snar framtid, vi kanske kan exakt öka polariseringen genom att lägga till defektplatser eller minska polariseringen genom passivering av defekter."

Resultaten av denna forskning rapporteras i augusti 2017-upplagan av ACS Nano .