为什么2 d ?测量与厚度相关的电子特性

为什么2 d ?是什么让二维材料对FLEET如此感兴趣?

新南威尔士大学/卧龙岗合作团队找到了从3D到2D属性的过渡点

2 d WTe2样品(上)和实验原理图(下)的角度相关测量配置图。

将载流子(电子或空穴)的运动限制在二维范围内，可以解锁不寻常的量子特性，从而获得有用的电子特性。

虽然我们将这些材料中的层称为“2D”，但它们并不是严格意义上的二维。关键是限制粒子垂直于材料平面的运动，这个尺度与粒子的德布罗意波长成正比。

从本质上讲，这意味着从几百纳米到几纳米的范围。

通过精确观察这种新效应出现的厚度，我们可以学到很多东西。

FLEET的一项研究上周发表在物理评论B定量了有前途的材料二碲化钨(WTe2）.

测量发现:

  • WTe2从3D到2D电子系统的薄膜厚度约为20纳米
  • 导电带和价带之间的重叠在厚度低于~12 nm时减少，这意味着更薄的样品也可以实现带隙。

向飞翔研究员(右)研究二维WTe中拓扑边缘态的电子输运2晶体

这项研究开始于卧龙岗大学的舰队慈晓林(FLEET CI Wang Xiaolin)，与FLEET研究员向飞翔博士首次研究了散装WTe的特殊电子结构2样品，导致材料的非常大的磁电阻(先前发表)。

然后，飞翔利用微剥落法从单晶中分离出不同厚度的薄膜，并将其置于衬底上。

经过对WTe的研究2在UOW，飞翔利用新南威尔士大学的实验室从薄膜样品中制作器件，并使用超低温和高磁场测量设施进行传输测量。
采用电子束光刻技术制备对准标记、电极和键合垫。

依赖角度的量子振荡测量在新南威尔士大学的舰队CI亚历克斯·汉密尔顿的实验室在非常高的磁场中进行，揭示了材料的能带结构随厚度的减小而变化，当样品厚度减小到26 nm以下时，出现了3D-2D交叉。

“这一发现非常重要，”在UOW和新南威尔士大学领导这项研究的Xiang Feixiang说，“因为它确定了WTe中依赖于厚度的电子结构的两个关键长度尺度2薄膜。”

分析表明，样品越薄，费米袋的面积越小，说明导电带与价带的重叠面积越来越小。这不仅解释了在更薄的样品中载流子密度的测量下降，而且表明有可能在更薄的样品中打开带隙并实现二维拓扑绝缘体，正如理论所预测的那样，并在相关化合物(MoS)中观察到的那样2和微粒2）.

二碲化钨(WTe2）是一种层状过渡金属二卤族化物，具有以下几个有前途的特性:

  • 极大的磁电阻，具有应用于磁传感器的潜力
  • 大部分WTe2预测为ii型Weyl半金属
  • 单层WTe2是一种高温拓扑绝缘体、超导体和铁电体。

过渡金属二卤属化合物是一类范德华材料，由许多原子薄的原子层组成，由弱分子间力结合。

由于这种分层晶体结构，我们将tmd称为“2D”。

将载流子的运动限制在两个维度上，与3D“大块”材料相比，会产生非常不同的电子性质，这也表明在单层极限(从3D到2D的过渡点)上可能会发生更多不同的物理性质。

这项研究WTe中电子结构与厚度相关2薄膜发表在美国物理学会的杂志上物理评论B2018年7月。

确认研究的部分资金是由澳大利亚研究理事会获资助的“探索计划”、“未来研究金”、“舰队卓越研究中心”、“广东创新创业研究团队计划”，以及深圳市科学技术创新委员会，并部分使用NSW和ACT节点的设施进行澳大利亚国家制造工厂．

新型材料和拓扑绝缘体的研究

WTe的电子性质2和其他tmd在FLEET进行研究，FLEET是澳大利亚研究理事会卓越中心。

未来低能耗电子技术中心(FLEET)汇集了100多名澳大利亚和国际专家，共同致力于开发新一代超低能耗电子产品。

研究的合著者Alex Hamilton教授领导舰队的研究雷竞技苹果版该公司旨在生产一种超低能量拓扑晶体管。王晓林教授(UOW和ISEM)领先FLEET原子薄而新颖的材料技术研究。

这种工作背后的动力是计算所消耗的能量日益增加美国耗电量占全球的5-8%，而且每十年就翻一番。

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