МОСКВА, 19 июн – РИА новости. Международный научный коллектив с участием ведущего ученого Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», профессора Готтхарда Сейферта научился управлять экситонными (лат. «excito» – «возбуждаю») эффектами в двумерных полупроводниках. Исследование, опубликованное в " Nature Physics" – важный шаг к созданию электроники с управляемыми свойствами.

Изучение двумерных (двумерными называют системы, где электроны двигаются лишь по двум координатам) материалов – одна из самых актуальных задач для науки. Именно за открытие и исследование первого такого материала (графена) в 2010 году была вручена Нобелевская премия по физике.

Из-за своих свойств двумерные материалы выступают основой для элементов компактной электроники нового поколения. Например, двумерный дисульфид молибдена (MoS₂) имеет высокую подвижность заряда и отношение «вкл/выкл» в транзисторном элементе – все это говорит о возможности серьезно повысить скорость работы электроники на его основе.

В 2017 году полноценное применение этого материала резко приблизилось с описанием механизма заращивания дефектов структурой MoS₂, которое опубликовал в журнале «ACS Nano» профессор Готтхард Сейферт. А сами ученые продолжили изучать свойства двумерных материалов.

«Исключительные оптические свойства монослоев таких материалов, как дисульфид молибдена и диселенид вольфрама (WSe₂), обусловлены экситонами: связанными парами электрон-дырка (квазичастица, выступающая носителем положительного заряда)», – рассказывает ведущий ученый НИТУ МИСиС, профессор Готтхард Сейферт.

Экситоны в гетероструктурах MoS₂/WSe₂; © Иллюстрация РИА Новости / Алина Полянина

При этом создание гетероструктуры MoS₂/WSe₂ путем укладки отдельных монослоев друг на друга приводит к возникновению в ней экситона нового типа, где электрон и дырка пространственно разделены на разные слои. 

«Благодаря использованию методов спектроскопии и квантово-химических расчетов из первых принципов мы выявили частично-заряженную пару электрон-дырка в MoS₂/WSe₂, а также ее локализацию. Нам удалось контролировать энергию излучения этого нового экситона путем изменения относительной ориентации слоев», – поясняет новый результат Готтхард Сейферт.

Межслоевые экситоны дают особый оптический сигнал, отображающий то, что происходит при укладке слоев, и могут считаться идеальными для экспериментов квантовой электроники по контролю электронов в «долинах» (локальных минимумах зон проводимости) полупроводников. За счет помещения электрона в одну из таких «долин» должно происходить максимально эффективное кодирование информации.

По словам Сейферта, далее коллектив намерен исследовать, как именно вращение слоев влияет на электронные свойства материалов и того, что будет из них создаваться: элементов солнечных панелей, транзисторов и других устройств.