Lepsze niż grafen? – Naukowcy PWr szukają nowych materiałów
Naukowcy z Katedry Fizyki Doświadczalnej PWr szukają nowych materiałów półprzewodnikowych do zastosowania w urządzeniach elektronicznych najnowszej generacji i odkryli unikalne właściwości chalkogenków metali przejściowych.
Dr hab. inż. Joanna Jadczak, dr inż. Joanna Kutrowska-Girzycka i dr hab. inż. Leszek Bryja prowadzili wspólne badania z naukowcami z Niemiec, Rosji, Japonii i Tajwanu. Dotyczyły one nowych materiałów półprzewodnikowych, tzw. atomowo cienkich, czyli takich, które dają się łatwo rozdzielać na warstwy o różnej grubości.
Ta tematyka stała się obiektem intensywnych badań po otrzymaniu pojedynczej dwuwymiarowej warstwy węgla, tzw. grafenu i odkryciu jego bardzo unikalnych własności.
– Badane przez nas monowarstwy chalkogenków metali przejściowych są podobnie jak grafen atomowo cienkie, ale w przeciwieństwie do grafenu, który jest półmetalem, są półprzewodnikami. A to daje możliwości większych zastosowań w budowie urządzeń elektronicznych nowej generacji – mówi dr hab. inż. Joanna Jadczak z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki.
– Monowarstwy chalkogenków metali przejściowych mają szereg interesujących własności. Silne ograniczenie przestrzenne elektronów i dziur w monowarstwach chalkogenków prowadzi do ich silnego oddziaływania kulombowskiego (nieduża odległość pomiędzy cząstkami). Skutkuje to tym, że energie wiązań ekscytonów są rzędu setek milielektoonowoltów, co z kolei powoduje, że są one stabilne nawet w temperaturach pokojowych – wyjaśnia dr hab. inż. Leszek Bryja, prof. uczelni.
Ponadto ekscytony mogą mieć określone własności spinowe i dolinowe. Mogą więc być zarówno jasne, tzn. dozwolone dla przejść optycznych ze względu na reguły wyboru (przez co mają krótki czas życia), jak i ciemne, tzn. niedozwolone dla przejść optycznych, z długimi czasami życia.
– Odkryliśmy, jak pobudzając takie struktury światłem z zakresu widzialnego promieniowania elektromagnetycznego można doprowadzić do sprzężenia pomiędzy ciemnymi a jasnymi ekscytonami – tłumaczy dr hab. Joanna Jadczak.
Nowe możliwości dla optoeletroniki
Zbadanie własności fizycznych półprzewodnikowych monowarstw chalkogenków metali przejściowych i kontrola tych własności ze względu na ich unikalny charakter ma duże znaczenie w kwestii wykorzystania ich w optoelektronice i spintronice, jak również informatyce.
Wyniki badań z udziałem naukowców z Katedry Fizyki Doświadczalnej PWr zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie ACS Nano (IF= 15.881). Praca "Upconversion of Light into Bright Intravalley Excitons via Dark Intervalley Excitons in hBN-Encapsulated WSe2 Monolayers" powstała w ramach polsko-niemieckiego programu badań „Beethoven” kierowanego przez dr hab. inż. Joannę Jadczak.
– Przy tym projekcie współpracowaliśmy z badaczami z: Ioffe Institute w Sankt Petersburgu, TU Dortmund University, National Taiwan University of Science and Technology w Taipei i National Institute for Materials Science w Tsukubie. Pokazaliśmy, że we współpracy z czołowymi ośrodkami naukowymi potrafimy zarówno wytworzyć materiały o wysokiej jakości, jak również zbadać ich unikalne własności – podkreśla dr inż. Joanna Kutrowska-Girzycka.
