Polscy naukowcy pokazali, jak skład materiału zmienia jego właściwości
Naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego i zagranicznych ośrodków odkryli, że zmieniając proporcje pierwiastków w bardzo cienkim materiale półprzewodnikowym, można wyraźnie wpływać na jego zachowanie w polu magnetycznym. To ważny krok w kierunku nowych technologii przetwarzania informacji.
Badania przeprowadzili fizycy z Uniwersytetu Warszawskiego we współpracy z zespołami z: Politechniki Wrocławskiej, Sapienza – Uniwersytetu Rzymskiego, Uniwersytetu Środkowej Florydy (UCF), Francuskiego Narodowego Laboratorium Silnych Pól Magnetycznych (LNCMI), Narodowego Uniwersytet Singapuru, Narodowego Komitetu Badań – Instytutu Fotoniki i Nanotechnologii (CNR-IFN), Instytutu Fotoniki i Nanotechnologii we Włoszech, Politechniki Chemicznej w Pradze oraz Narodowego Instytutu Nauk o Materiałach w Japonii.
Zespół badał bardzo cienkie materiały – tak cienkie, że mają grubość jednej warstwy atomów. Były to stopy zbudowane z molibdenu, wolframu i selenu (MoₓW₁₋ₓSe₂). Kluczowe było to, że naukowcy mogli zmieniać proporcje molibdenu i wolframu w materiale.
W eksperymentach materiał umieszczano w bardzo silnym polu magnetycznym i schładzano do temperatury 10 kelwinów, czyli bliskiej zeru bezwzględnemu. Sprawdzano, jak w takich warunkach zachowują się ekscytony. To krótkotrwałe pary cząstek powstające po pochłonięciu światła przez półprzewodnik.
Okazało się, że niewielka zmiana składu chemicznego mocno wpływa na tzw. współczynnik g, który opisuje reakcję materiału na pole magnetyczne. Dlaczego tak się dzieje? Dodatkowe obliczenia komputerowe pokazały, że w stopie mieszają się ze sobą różne stany elektronów. Dzieje się to dlatego, że materiał nie jest idealnie jednorodny – atomy molibdenu i wolframu są rozmieszczone lokalnie w różny sposób. To właśnie ta „niejednorodność” zmienia właściwości ekscytonów.
W praktyce oznacza to, że właściwości materiału można regulować przez samo dobranie odpowiednich proporcji pierwiastków. Nie trzeba zmieniać całej struktury – wystarczy kontrolować skład.
Odkrycie ma znaczenie dla rozwijającej się dziedziny zwanej dolinotroniką. To kierunek badań, w którym informacje mają być zapisywane i przetwarzane nie tylko za pomocą ładunku elektrycznego, ale także z wykorzystaniem specyficznych stanów w strukturze elektronowej materiału.
Badania pokazują, że dzięki odpowiedniemu projektowaniu stopów półprzewodnikowych można precyzyjnie sterować ich właściwościami. To może być ważne w przyszłych technologiach opartych na materiałach dwuwymiarowych.
