Международный коллектив исследователей с участием ведущего ученого НИТУ «МИСиС», профессора Готтхарда Сейферда сделал важный шаг к контролю экситонных (лат. excito — «возбуждаю») эффектов в двумерных ван-дер-ваальсовых гетероструктурах: этот результат поможет в будущем создавать электронику с управляемыми свойствами. Статья об исследовании опубликована в Nature Physics.
Создание двумерных полупроводниковых материалов — одна из важнейших областей современного материаловедения. Такие материалы могут являться основой для элементов перспективных суперкомпактных электронных устройств нового поколения.
Одним из двумерных материалов с подходящими электронными характеристиками является двумерный дисульфид молибдена (MoS2), чья структура представляет собой монослой (слой в один атом) молибдена, расположенный между двумя слоями серы: этот материал имеет высокую подвижностью заряда и высокое отношение «вкл/выкл» в транзисторном элементе.
«Руководителем международной научной группы, в состав которой вошли ученые нашего университета, стал крупнейший мировой ученый в области изучения нанострауктур, один из основателей современной квантовой химии, приглашенный профессор НИТУ „МИСиС“ Готтхард Сейферт (h-индекс 66), — отметила ректор НИТУ „МИСиС“ Алевтина Черникова. — Проведенное научной группой исследование по изучению двумерных материалов открывает большие возможности для дальнейшего уменьшения размеров современных электронных устройств».
В 2017 году профессор Готтхард Сейферд описал механизм заращивания дефектов в структуре двумерного дисульфида молибдена, что приближает к двумерный MoS2 к полноценному применению в микроэлектронике. Эта работа была опубликована в ведущем журнале ACS Nano.
Следующим шагом в данном направлении стало изучение свойств иных двумерных материалов, в том числе дисульфида молибдена, для их применения в электронике. Ученые показали, что, межслоевые экситоны дисульфида молибдена дают очень специфический оптический сигнал, отображающий то, что происходит при укладке того или иного слоя. Они позволяют исследовать квантовые явления и идеально подходят для экспериментов в области волитроники (направление квантовой электроники, название которого происходит от слова «valley» — «долина» — локальный минимум зоны проводимости) по контролю электронов в «долинах» полупроводников и, в перспективе — максимально эффективному кодированию информации (помещением электрона в одну из таких долин).
«Благодаря использованию методов спектроскопии и квантово-химических расчетов из первых принципов мы выявили частично-заряженную пару электрон-дырка в гетероструктурах MoS2/WSe2, а также ее локализацию. Нам удалось контролировать энергию излучения этого нового экситона путем изменения относительной ориентации слоев», — прокомментировал работу ведущий ученый НИТУ «МИСиС» профессор Готтхард Сейферт.
По словам ученого, данный результат — важный шаг к пониманию и контролю экситонных эффектов в ван-дер-ваальсовых гетероструктурах. Сейчас коллектив работает над дальнейшим изучением влияние вращения слоев на электронные свойства материала. В будущем это позволит создавать новые уникальные материалы для солнечных панелей или электроники.
