Atomtunna skikt är av stort tekniskt intresse på grund av potentiellt användbara elektroniska egenskaper som framträder när skikttjockleken närmar sig 2D-gränsen. Sådana material tenderar att bilda svaga bindningar utanför skiktet och antas därför generellt vara opåverkade av substrat som ger fysiskt stöd.

För att göra ytterligare framsteg, dock, forskare måste noggrant testa detta antagande, inte bara för att bättre förstå enskiktsfysik, men också för att förekomsten av substrateffekter ökar möjligheten att justera lageregenskaperna genom att justera substratet.

Som rapporterats i tidningen Fysiska granskningsbrev , ett team ledd av Tai-Chang Chiang från University of Illinois i Urbana-Champaign och hans postdoktorala assistent, Meng-Kai Lin, använde Berkeley Labs avancerade ljuskälla (ALS) för att undersöka förändringar i de elektroniska egenskaperna hos en 2D-halvledare, titantellurid, som tjockleken på ett substrat, platina tellurid, ökades. Enskikts titantellurid är mycket känsligt för vad som ligger under, vilket gör det särskilt användbart som ett testfall för att undersöka substratkopplingseffekter.

Resultaten visade att när substrattjockleken ökade, en dramatisk och systematisk variation inträffade i enskikts titantellurid. Ett elektroniskt fenomen känt som en laddningstäthetsvåg - en kopplad laddnings- och gitterdistorsion som är karakteristisk för enskikts titantellurid - undertrycktes.

"De experimentella fynden, kombinerat med första principer teoretiska simuleringar, ledde till en detaljerad förklaring av resultaten i termer av de grundläggande kvantmekaniska interaktionerna mellan det enda lagret och det avstämbara substratet, sa Lin.

Med tanke på att gränssnittsbindningen förblev svag, forskarna drog slutsatsen att de observerade förändringarna var korrelerade med substratets omvandling från en halvledare till en halvmetall när den ökade i tjocklek.

"Denna systematiska studie illustrerar den avgörande roll som substratinteraktioner spelar i fysiken hos ultratunna filmer, ", sa Lin. "Den vetenskapliga förståelsen som härrör från vårt arbete ger också ett ramverk för att designa och konstruera ultratunna filmer för användbara och förbättrade egenskaper."