Elektronmikroskopibild av den syntetiserade 6R TaS2 med en atommodell av materialet till vänster. De bruna sfärerna representerar Ta-atomer och de gula sfärerna representerar svavelatomer. Atompositionerna och arrangemanget i den mikroskopiska bilden är en exakt matchning med modellen, vilket bekräftar dess struktur. Kredit:University of Manchester
Forskare från University of Manchester har utvecklat en ny men ändå enkel metod för att producera vertikala staplar av alternerande supraledare och isolatorlager av tantaldisulfid (TaS2). Resultaten, från ett team ledd av professor Rahul Nair, skulle kunna påskynda tillverkningsprocessen av sådana enheter – så kallade van der Waals heterostrukturer – med tillämpning i högrörliga transistorer, solceller och optoelektronik.
Van der Waals heterostrukturer är mycket eftertraktade eftersom de uppvisar många unika och användbara egenskaper som inte finns i naturligt förekommande material. I de flesta fall förbereds de genom att manuellt stapla ett lager över det andra i en tidskrävande och arbetskrävande process.
Publicerad förra veckan i tidskriften Nano Letters , studien – ledd av forskare baserade vid National Graphene Institute (NGI) – beskriver syntesen av en bulk van der Waals heterostruktur bestående av alternerande atomlager av 1T och 1H TaS2. 1T och 1H TaS2 är olika polymorfer (material med samma kemiska sammansättning men med en variation i atomarrangemang) av TaS2 med helt olika egenskaper – den förra isolerande, den senare supraledande vid låga temperaturer.
Den nya heterostrukturen erhölls genom syntesen av 6R TaS2 (en sällsynt typ av TaS2, med alternerande 1T och 1H skiktad struktur) via en process som kallas "fasövergång" vid hög temperatur (800˚C). På grund av sin ovanliga struktur visar detta material samexistensen av superlednings- och laddningstäthetsvågor, ett mycket sällsynt fenomen.
Dr Amritroop Achari, som ledde experimentet sa:"Vårt arbete presenterar ett nytt koncept för att designa bulk heterostrukturer. Den nya metodiken tillåter direkt syntes av bulk heterostrukturer av 1T-1H TaS2 genom en fasövergång från en lättillgänglig 1T TaS2. Vi tror att vårt arbete ger betydande framsteg inom både vetenskap och teknik."
Internationellt samarbete
Arbetet utfördes i samarbete med forskare från NANOlab Center of Excellence vid universitetet i Antwerpen, Belgien. Deras högupplösta svepelektronmikroskopanalys bevisade otvetydigt den alternerande 1T-1H heteroskiktsstrukturen av 6R TaS2 för första gången och banade vägen för att tolka resultaten.
Professor Milorad Milošević, ledande forskare från universitetet i Antwerpen, kommenterade:"Denna demonstration av en alternerande isolerande-supraledande skiktstruktur i 6R TaS2 öppnar en uppsjö av spännande frågor relaterade till anisotropt beteende hos detta material i applicerat magnetfält och ström, emergent Josephsons fysik, terahertz-emission etc., i analogi med bulkkuprater och järnbaserade supraledare."
Fynden kan därför ha en utbredd inverkan på förståelsen av 2D-supraledning, såväl som ytterligare design av avancerade material för terahertz- och Josephson-övergångsbaserade enheter, en hörnsten i andra generationens kvantteknologi. + Utforska vidare
