ملخصات الأبحاث

بصمات إكسيتونات وُدْيَانِيّة مُحتَجَزة في التموج في طبقات ثنائية متغايرة 

.K. Seyler et al
  • Published online:

يمكن استخدام تكوُّن أنماط التموج في المواد الصلبة البلورية؛ للتحكم في خصائصها الإلكترونية، التي تتأثر بشكل أساسي بخرائط الجهد الدورية. في المواد ثنائية الأبعاد، يمكن لنمط تموج بجهد شبيكة فائقة أن يتشكَّل عن طريق الرصّ الرأسي لمادتين ذاتا طبقات بزاوية تدوير وفرق في ثابت الشبيكة، أو أحدهما. لقد أدى هذا الأسلوب إلى ظواهر إلكترونية، مثل تأثير «هول» Hall الكَمّي الكسوري، وعوازل «مُوت» Mott القابلة للضبط، والقدرة على التوصيل الفائق غير التقليدي. وبالإضافة إلى ذلك، تتنبأ النظرية بأنّ تأثيرات ملحوظة على الاستثارات الضوئية قد تَنْتُج من جهد تَمَوُّجي في أشباه الموصلات الوديانية ثنائية الأبعاد؛ إلا أنه لم يتم الكشف عن هذه البصمات تجريبيًّا.

في البحث المنشور، يقدم الباحثون أدلة تجريبية على إكسيتونات وديانية بين طبقية محتجزة في جهد تَمَوُّجي في طبقات ثنائية متغايرة من ثاني سيلينيد الموليبدنوم (MoSe2)، وثاني سيلينيد التنجستن (WSe2). وعند درجات حرارة منخفضة، رصد الباحثون لَمَعانًا ضوئيًّا قريبًا من طاقة الإكسيتون بين الطبقيّ الحُرّ، ولكن بقياسات لعرض الخط أقل بما يزيد على مائة مرة (حوالي 100 ميكرو إلكترون فولت). تكون معاملات g (العزم المغناطيسي اللابعدي) الخاصة بالباعث متجانسة في أنحاء العينة نفسها، وتأخذ قيمتين فقط: – 15.9، و6.7 في العينات التي لها زوايا دوران تقريبية تبلغ 60 درجة، و0 درجة، على الترتيب. وتتوافق معاملات g مع نظيراتها الخاصة بالإكسيتون بين الطبقيّ الحُرّ، الذي يتحدد من خلال واحد من اثنين من التوزيعات المحتملة للاقتران الودياني. وعند زوايا دوران تبلغ 20 درجة تقريبًا، تصبح البواعث أخفت بمقدار قيمتين أُسّيتين؛ إلا أنها تتمتع بمُعَامل g نفسه الذي تتمتع به الطبقة الثنائية المتغايرة عند زاوية دوران تبلغ 60 درجة تقريبًا. يتسق هذا مع إعادة تركيب «توزيع أمكلاب» Umklapp الخاص بالإكسيتونات بين الطبقية بالقرب من زاوية التدوير المكافئة، التي تبلغ 21.8 درجة. وتُظهِر البواعث استقطابًا دائريًّا قويًّا، له الحلزونية نفسها بالنسبة إلى زاوية دوران معينة، وهو ما يشير إلى أن جهد الاحتجاز يحتفظ بتناظر دوراني ثلاثي. تشير هذه النتائج – بالجمع بينها وبين تأثر معتاد بالقدرة وطاقة الاستثارة – إلى أن منشأ التأثيرات المرصودة هو إكسيتونات بين طبقية محتجزة في جهد تَمَوُّجي سلس، له خواص فيزيائية متأصلة، تُقارِن بين الوديان. يقدم هذا العمل فُرَصًا للتحكم في البصريات التموجية ثنائية الأبعاد، من خلال تغيير زاوية الدوران.