Ученые из университета Монаша (Австралия) впервые напрямую получили изображение крошечных вихревых структур внутри полупроводника толщиной в один атом. Работа открывает новые возможности для будущих низкоэнергетических электронных технологий. Исследование опубликовано в Science Advances.
В ходе работы специалисты изучали структуры, известные как мероны и антимероны. Это наноразмерные вихри электрической поляризации. Их удалось обнаружить в скрученных слоях полупроводника диселенида вольфрама (WSe2). Для этого два слоя материала толщиной в один атом сложили и скрутили всего на 0,1 градуса. В результате возник повторяющийся наноразмерный узор, который называют муаровой сверхрешеткой.
С помощью визуализации высокого разрешения исследователи смогли картировать поведение электрической поляризации внутри этого узора. Им удалось напрямую выявить сеть меронов и антимеронов. Так были получены экспериментальные доказательства существования таких необычных топологических структур в скрученных двумерных полупроводниках.
Ученые также смогли различить эффекты скручивания материала и деформации. Это важно для понимания и контроля подобных структур. Построение векторных карт позволило оценить вклад каждого фактора в муаровую сверхрешетку. Экспериментальные результаты подтвердили теоретическим моделированием и крупномасштабными симуляциями. Они воспроизвели циркулирующую поляризацию и подтвердили характеристики, ожидаемые для меронов и антимеронов.
Ранее топологические полярные структуры наблюдали в основном в гораздо более толстых оксидных материалах. В новой работе сеть меронов и антимеронов возникает в полупроводниковом двухслойном материале толщиной всего в несколько атомов. Это создает новые возможности для разработки ультратонких низкоэнергетических электронных устройств, где такими наноразмерными состояниями можно будет управлять с помощью электрических полей, деформации или специально созданных подложек.
Метод также дает исследователям новый способ изучать скрученные двумерные материалы. С его помощью можно определять, создаются ли их поляризационные узоры скручиванием, деформацией или сочетанием обоих факторов.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что новая оптическая платформа уменьшит компоненты для квантовой связи.