القائمة الرئيسية

الصفحات

انتقال عازل معدني غريب في ثنائي كالكوجينيد معدني انتقالي مخدر السطح

 يعتبر انتقال العازل المعدني (MIT) المدفوع بالتفاعلات بين العديد من الأجسام ظاهرة مهمة في فيزياء المادة المكثفة. تظهر دائمًا أطوار غريبة حول نقاط انتقال العازل المعدني حيث تنشأ التقلبات الكمومية من منافسة بين درجات الحرية في الدوران والشحنة والمدارية والشبكية. المواد ثنائية الأبعاد (2D) هي فئة كبيرة من المواد. إن هيكلها البسيط ، والأبعاد المنخفضة ، والكثافة الحاملة القابلة للضبط بدرجة عالية تجعلها منصة مثالية لاستكشاف المراحل الغريبة. ومع ذلك ، عادة ما تكون التفاعلات بين العديد من الأجسام ضعيفة في معظم المواد ثنائية الأبعاد ، وبالتالي ، فإن الظواهر المرتبطة بالارتباط تجذب القليل من الاهتمام في دراسات المواد ثنائية الأبعاد لفترة طويلة. في الآونة الأخيرة ، وجد الناس أن التفاعلات بين العديد من الجسد يمكن تحسينها في هياكل مغايرة ثنائية الأبعاد أو هياكل ثنائية الأبعاد مجعدة صناعياً. تم العثور على الظواهر المتعلقة بالارتباط في العديد من الأنظمة المثيرة للاهتمام ، مثل LaAlO3 / SrTiO3 ، والجرافين ثنائي الطبقة الملتوي ، إلخ.



أبلغت مجموعة Zhang Yan في المركز الدولي للمواد الكمومية (ICQM) في جامعة بكين عن اكتشاف انتقال عازل معدني غريب في ثنائي كالكوجينيد 2H-MoTe2 المعدني الانتقالي المخدر بالسطح باستخدام التحليل الطيفي الضوئي عالي الدقة للزاوية (ARPES) و ترسب المعادن القلوية السطحية في الموقع. وجدوا أن انتقال العازل المعدني يمكن تفسيره من خلال موقع البولارونات بسبب اقتران الإلكترون والفونون القوي الذي تم تحسينه على سطح العينة. تم نشر هذا العمل بعنوان "انتقال العازل المعدني ومرحلة الفجوات الناشئة في أشباه الموصلات السطحية ثنائية الأبعاد 2H-MoTe2" في Physical Review Letters [Phys. القس ليت. 126، 106602 (2021)] في 12 مارس 2021. تشانغ يان هو المؤلف المقابل وهان تينغتينغ ، طالب الدكتوراه في ICQM هو المؤلف الأول.


أجريت التجارب في نظام ARPES الذي تم بناؤه ذاتيًا في جامعة بكين و Beamline BL03U في مرفق شنغهاي للإشعاع السنكروتروني (SSRF). باستخدام تقنية الترسيب السطحي ، أنشأت مجموعة Zhang Yan واجهة ثنائية الأبعاد لأشباه الموصلات المعدنية بين السطح والطبقات السائبة في 2H-MoTe2. بشكل عام ، عندما تمتلئ الموجات الحاملة في نطاقات التوصيل لأشباه الموصلات ، تزداد الإمكانات الكيميائية وتتحول النطاقات الموصلة بشكل صارم نحو طاقة ربط أعلى. ومع ذلك ، على سطح 2H-MoTe2 ، وجد الباحثون أن نطاقات التوصيل تخضع لتحولات متعددة مع تعاطي المنشطات الحاملة عبر الحالة المعدنية ، والطور الفجائي ، وحالة العازل ، والحالة المعدنية السيئة. لا يمكن تفسير هذا التطور للهيكل الإلكتروني من خلال تغيير الإمكانات الكيميائية أو تدهور السطح ، مما يشير إلى وجود انتقال عازل معدني غريب على سطح 2H-MoTe2.

(أ) مخطط الطور لمخدر السطح 2H-MoTe2. (ب) و (ج) أدلة طيفية على وجود نطاقات متماثلة واقتران قوي بين الإلكترون والفونون الائتمان: المركز الدولي للمواد الكمومية ، جامعة بكين

وجدت دراسة أخرى أن سطح 2H-MoTe2 يعرض مخططًا معقدًا للطور ، والذي يشبه مخططات الطور لانتقال الطور الكمومي الناتج عن تفاعلات العديد من الأجسام. وفي الوقت نفسه ، يحل تحليل الطيف التفصيلي وجود نطاقات متماثلة يُنظر إليها عادةً على أنها بصمة لإقران قوي بين الإلكترون والفونون. بالاقتران مع إعادة تطبيع الطاقة المرصودة للأطياف وتطور تشتت النطاق ، خلص الباحثون إلى أن اقتران الإلكترون والفونون تم تعزيزه بقوة على سطح 2H-MoTe2. ترتدي الإلكترونات الإثارة الشبكية ، وتشكل البولارونات. ثم يتم توطين القطبين بسبب الشوائب أو التشتت الفوضوي ، مما يدفع الانتقال الملحوظ للعازل المعدني.


يوضح هذا العمل كيف يمكن أن يحدث انتقال معقد للعازل المعدني على سطح شبه موصل ثنائي الأبعاد بسيط. من ناحية ، تسلط النتائج الضوء على السطح المخدر 2H-MoTe2 كمواد مرشح قوي لتحقيق عازل بولاروني ، وحالة بولارونية ممتدة ، وموصلية فائقة عالية التكافؤ. من ناحية أخرى ، تُظهر التجارب أن الترسب السطحي للقلويات المعدنية يمكن أن يعزز التفاعلات المتعددة الجسم في أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد ، مما يفتح طريقة جديدة لاستكشاف الظواهر المرتبطة بالارتباط في المواد ثنائية الأبعاد. تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين ، البرنامج الوطني للبحث والتطوير في الصين.

تعليقات