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Wissenschaftler entdecken Quanteneigenschaften in Wolfram-Übergittern

Wissenschaftler entdecken Quanteneigenschaften in Wolfram-Übergittern

Wissenschaftler haben ein exotisches Quantenverhalten von Halbleitermaterialien entdeckt, das sie zu „Quantenmaschinen“ macht.

Übergitter ausnutzen

Mithilfe gestapelter Schichten aus Wolframdisulfid und Wolframdiselenid, die Übergitter bildeten, den Namen für intrakular strukturiertes Material, konnten die Forscher einige exotische Quanteneigenschaften des Materials aufdecken, die zu neuen Entdeckungen in energieeffizienten elektronischen Systemen führen und sogar die Grundlagen schaffen könnten für ein neues Gebiet der exotischen Physik.

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"Dies ist eine erstaunliche Entdeckung, da wir diese halbleitenden Materialien nicht als stark wechselwirkend angesehen haben", sagte Feng Wang, Physiker für kondensierte Materie an der Abteilung Materialwissenschaften des Berkeley Lab und Professor für Physik an der UC Berkeley. "Jetzt hat diese Arbeit diese scheinbar gewöhnlichen Halbleiter in den Raum der Quantenmaterialien gebracht."

Zweidimensionale (2-D) Materialien, die nur ein Atom dick sind, können wie Bausteine ​​verwendet werden, bei denen sie zu winzigen Geräten übereinander gestapelt werden können. Wenn die Gitter von zwei ähnlichen 2D-Materialien verwendet und ihre Gitter gut ausgerichtet werden, kann ein sich wiederholendes Muster erzeugt werden, das als Moiré-Übergitter bekannt ist.

Wenn diese Übergitter beispielsweise mit Graphen gebildet werden, kann ein exotisches Quantenverhalten wie Supraleitung auftreten. Die neue Studie, die Wang leitete, zeigt, dass die beiden Gitter auf Wolframbasis ebenfalls in ein exotisches Quantenmaterial umgewandelt werden können.

Mehrere Excitron-Peaks

Die Co-Autoren Chenhao Jin, ein Post-Doc-Wissenschaftler, und Emma Regan, eine Forscherin im Aufbaustudium, bauten die Wolframdisulfid- und Wolframdiselenidgitter unter Verwendung einer polymerbasierten Technik, um Flocken der beiden Materialien aufzunehmen und auf einen Stapel zu übertragen Jede Flocke hat einen Durchmesser von nur zehn Mikrometern.

Als sie die optische Absorption der neuen Gitterproben maßen, machten sie eine bemerkenswerte Entdeckung. Die Absorption von sichtbarem Licht in einem Gerät, das diese beiden Gitter verwendet, ist am größten, wenn das Licht die gleiche Energie wie das Exzitron des Systems hat, bei dem es sich um ein Quasiteilchen handelt, das aus einem Elektron besteht, das an einen derzeit freien Zustand gebunden ist, den ein Elektron kann besetzen.

In Anbetracht des Energiebereichs, den das Licht einnimmt, haben die Forscher erwartet, einen einzelnen Peak im Energiesignal zu sehen, den ein einzelnes Exzitron erzeugt hätte. Stattdessen stellten die Forscher fest, dass sich ein einzelner Peak in drei Teile geteilt hatte.

Bei weiterer Untersuchung stellten sie fest, dass die Wolframmaterialien tatsächlich ein Moiré-Übergitter gebildet hatten.

"Wir haben wunderschöne, sich wiederholende Muster über die gesamte Probe gesehen", sagte Regan. "Nachdem wir diese experimentelle Beobachtung mit einem theoretischen Modell verglichen hatten, stellten wir fest, dass das Moiré-Muster periodisch eine große potentielle Energie über das Gerät einführt und daher exotische Quantenphänomene einführen könnte."

Sie planen nun zu untersuchen, wie dieses Mew-Quantensystem auf die Verwendung von Licht in der Elektronik, die Miniaturisierung elektronischer Komponenten und die Supraleitung angewendet werden kann.

Ihre Forschung wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.


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