Кристаллы – это те объекты природы, с которыми мы постоянно имеем дело, и которые максимально широко представлены в электронике. Поэтому для ее дальнейшего развития критически важно понимание свойств кристаллических материалов, что совсем не просто.
Любой кристалл – это квантовая система из очень большого числа атомов или молекул, настолько сложная, что теоретически описать ее удается, чаще всего, только качественно. Поэтому при исследовании конкретного кристалла на первый план выходят экспериментальные методы. Но и здесь все не слава Богу по той же причине: система слишком сложна, ее экспериментальные отклики трудно различить и интерпретировать.
Тем не менее, эффективные экспериментальные методы в науке о кристаллах существуют, в первую очередь те, что основаны на исследованиях структуры кристаллической решетки и электрической проводимости материала.
И вот в своей недавней статье команда ученых из Мичиганского, Регенсбургского и Марбургского университетов предложила новую методику исследования двухмерных полупроводниковых материалов, имеющих большое значение при создании нового поколения солнечных батарей и квантовых компьютеров. Новый инструмент позволяет при помощи лазерных технологий изучать электронные структуры двумерных кристаллов с необычайной точностью и, что до этого момента было практически невозможно, при комнатной температуре.
По сути, ученые предложили отслеживать изменение энергетических характеристик электронов, когда они под воздействием света переходят из основного состояния в зону проводимости полупроводника. Чтобы этот переход организовать, использовали импульс красного лазерного света длительностью в 100 фемтосекунд, который и придавал электронам энергии достаточно, чтобы они перешли в зону проводимости. После этого электронам передавали еще немного энергии при помощи инфракрасного лазера, в результате чего они начинали колебаться внутри зоны проводимости, формируя стоячую волну с энергетическим профилем в виде узких гребней. И когда пики этой гребенки перекрываются с энергетическими зонами полупроводника, электроны начинают интенсивно излучать свет определенной длины волны.
Таким образом, увеличивая или уменьшая количество электронов в зоне проводимости и меняя их пространственную конфигурацию, можно получать гребенки разных форм, а значит, и исследовать энергетические зоны двумерного проводника. Причем узость пиков позволяет создать настолько резкое изображение структуры энергетических зон, что можно говорить о сверх высоком разрешении метода.
Ученые проверили методику на практике, отобразив зонную структуру двумерного полупроводникового диселенида вольфрама.
В общем, эта новая методика является хорошей иллюстрацией медленного, но верного процесса во многих областях физики, когда за счет нового качества измерений удается совершать качественный рывок в понимании физики и технологиях.
"Super-resolution lightwave tomography of electronic bands in quantum materials" Science (2020).
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.
