Wissenschaftler haben ein exotisches Quantenverhalten von Halbleitermaterialien entdeckt, das sie zu „Quantenmaschinen“ macht.
Ausnutzung von Übergittern
Die Forscher nahmen gestapelte Schichten aus Wolframdisulfid und Wolframdiselenid, die Übergitter erzeugten, den Namen für intrakutiert strukturiertes Material, und konnten einige exotische Quanteneigenschaften des Materials aufdecken, die zu neuen Entdeckungen in energieeffizienten elektronischen Systemen führen und sogar liefern könntendie Grundlagen für ein neues Gebiet der exotischen Physik.
"Dies ist eine erstaunliche Entdeckung, da wir diese halbleitenden Materialien nicht als stark wechselwirkend angesehen haben", sagte Feng Wang, ein Physiker für kondensierte Materie, der in der Abteilung Materialwissenschaften des Berkeley Lab arbeitet und Professor für Physik an der UC Berkeley ist. "Die Arbeit hat diese scheinbar gewöhnlichen Halbleiter in den Raum der Quantenmaterialien gebracht. "
Zweidimensionale 2-D Materialien, die nur ein Atom dick sind, können wie Bausteine verwendet werden, bei denen sie zu winzigen Vorrichtungen übereinander gestapelt werden können. Wenn die Gitter zweier ähnlicher 2-D-Materialien verwendet werden undWenn ihre Gitter gut ausgerichtet sind, kann ein sich wiederholendes Muster erzeugt werden, das als Moiré-Übergitter bekannt ist.
Wenn diese Übergitter beispielsweise mit Graphen gebildet werden, kann exotisches Quantenverhalten wie Supraleitung auftreten. Die neue Studie, die Wang durchgeführt hat, zeigt, dass die beiden Gitter auf Wolframbasis ebenfalls in ein exotisches Quantenmaterial umgewandelt werden können.
Mehrere Excitron-Peaks
Die Co-Autoren Chenhao Jin, ein Post-Doc-Wissenschaftler, und Emma Regan, eine Forscherin im Aufbaustudium, bauten die Gitter Wolframdisulfid und Wolframdiselenid mithilfe einer polymerbasierten Technik, um Flocken der beiden Materialien aufzunehmen und auf einen Stapel zu übertragen, wobei jede Flocke nur einen Durchmesser von zehn Mikrometern hat.
Als sie die optische Absorption der neuen Gitterproben gemessen haben, haben sie eine bemerkenswerte Entdeckung gemacht. Die Absorption von sichtbarem Licht in einem Gerät, das diese beiden Gitter verwendet, ist am größten, wenn das Licht die gleiche Energie wie das Exzitron des Systems hat.Dies ist ein Quasiteilchen, das aus einem Elektron besteht, das an einen derzeit freien Zustand gebunden ist, den ein Elektron einnehmen kann.
In Anbetracht des Energiebereichs, den das Licht einnimmt, haben die Forscher erwartet, einen einzelnen Peak im Energiesignal zu sehen, das ein einzelnes Exzitron erzeugt hätte. Stattdessen stellten die Forscher fest, dass sich ein einzelner Peak in drei geteilt hatte.
Bei weiterer Untersuchung stellten sie fest, dass die Wolframmaterialien tatsächlich ein Moiré-Übergitter gebildet hatten.
"Wir haben schöne, sich wiederholende Muster über die gesamte Probe gesehen", sagte Regan. "Nachdem wir diese experimentelle Beobachtung mit einem theoretischen Modell verglichen hatten, stellten wir fest, dass das Moiré-Muster periodisch eine große potentielle Energie über das Gerät einführt und daher exotische Quanten einführen könntePhänomene. "
Sie planen nun zu untersuchen, wie dieses Mew-Quantensystem auf die Verwendung von Licht in der Elektronik, die Miniaturisierung elektronischer Komponenten und die Supraleitung angewendet werden kann.
Ihre Forschung wurde veröffentlicht im Tagebuch Natur .