ارائه راهکاری برای تغییر ماهیت و خصوصیات الکترونی تک‌لایه WSe۲

به تازگی تیمی از محققان دانشگاه گیلان و تیم تحقیقاتی دانشگاه Hunan چین موفق به سنتز تک‌لایه WSe۲ روی بستر طلا شدند و نشان دادند چرخش این تک‌لایه نسبت به طلا با افزایش دمای بازپخت و استفاده از اتم‌های ژرمانیوم بین این تک‌لایه و بستر می‌توانند راهکارهای مناسبی برای تغییر ماهیت نواری این ماده باشند.

کد خبر: ۴۲۶۴۰۶

تاریخ: ۱۲ ارديبهشت ۱۴۰۱ - ۱۱:۲۸

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از ستاد نانو، موفقیت در سنتز تک‌لایه‌های دی کالکوژنید فلزات واسطه، افق‌های جدید را در علم ماده چگال و صنعت اپتوالکترونیک ایجاد کرده؛ چرا که وجود گاف نواری مستقیم و قابل تنظیم در این مواد، امیدهای زیادی را برای به کارگیری این دسته مواد در صنایع اپتوالکترونیک، سلول‌های خورشیدی و غیره فراهم کرده است ولی یکی از مهمترین چالش‌ها در استفاده از این مواد در صنایع کنترل ویژگی‌های الکترونی و اپتیکی آنها با روش‌های قابل تکرار است.

در این راستا به تازگی دکتر میثم باقری، عضو هیئت‌علمی گروه فیزیک دانشگاه گیلان، با همکاری تیم تحقیقاتی دانشگاه Hunan چین در تحقیقاتی که در این زمینه اجرایی کردند، نشان دادند که می‌توان ماهیت آلایش تک‌لایه WSe۲ از نوع p به نوع n تغییر داد. مهندسی چرخش بین این تک لایه و بستر طلا(twist) که با کنترل دمای بازپخت انجام پذیرفت عامل این تغییر ماهیت آلایش است. شیوه معرفی شده در این تحقیق می‌تواند برای کنترل خصوصیات الکترونی فصل مشترک بین بستر فلزی-نیم‌رسانا دو بعدی مورد استفاده قرار گیرد.

در این پژوهش، تک لایه WSe۲ بر روی بستر طلا(۱۰۰) با روش نهشت قطرات شیمیایی(CVD) رشد داده شد و طیف سنجی رامان، طیف سنجی گسیل فوتونی اشعه ایکس(XPS)، و آنالیزهای STS/STM برای بررسی خصوصیات الکترونی نمونه‌های سنتز شده مورد استفاده قرار گرفت که بررسی تصاویر الکترونی نشان داد که این تک‌لایه نسبت به صفحه طلا دارای زاویه است و بر اساس آنالیز STS ماهیت p گونه آن آشکار شد.

با افزایش دمای بازپخت به حدود ۷۰۰ K مشاهده شد که تک‌لایه WSe۲ نسبت به صفحه طلا زاویه ۱۵۰ می‌سازد و ماهیت n گونه از خود نشان می‌دهد. این تغییر ماهیت آلایش با استفاده از محاسبات تئوری تابعی چگالی مورد بررسی قرار گرفت و در ادامه، با اضافه کردن اتم‌های ژرمانیوم به نمونه، مشخص شد این اتم‌ها در فصل مشترک بین این تک‌لایه و بستر طلا قرار می‌گیرند و برهم کنش بین آن دو را تضعیف می‌کنند. بررسی نتایج STS نشان داد اضافه شدن ژرمانیوم منجر به بازگشت آلایش ذاتی تک‌لایه WSe۲ می‌شود.

فعالیت‌های تجربی این مطالعه در دانشگاه Hunan چین در گروه دکتر Lijie Zhang و بخشی از آنالیزهای در دانشگاه National University of Singapore  انجام پذیرفت و محاسبات مبتنی بر تئوری تابعی چگالی در این تحقیق توسط همکار ایرانی طرح و در دانشگاه گیلان اجرایی شد.

نتایج این پژوهش در نشریه ACS Nano انتشار یافت. مجله ACS Nano دارای ضریب تاثیر ۱۵٫۸۸۱ است.