eng
Просмотры: 215
17.02.2023
Электронный мостик способствует быстрой передаче энергии между полупроводниками.
На представленной иллюстрации демонстрируется художественное изображение переноса электронов, вызванного сверхкоротким лазерным импульсом, через границу раздела между двумя атомарно тонкими материалами. Этому переносу способствует особое состояние межслоевого "мостика", в которое электроны могут попасть благодаря колебаниям решетки в обоих материалах.
Электронный мостик способствует быстрой передаче энергии между полупроводниками. Исследователи изучают потенциальное применение двумерных материалов в транзисторах и оптоэлектронике, поскольку полупроводниковые устройства продолжают становиться все более миниатюрными. Управление потоками электричества и тепла в этих материалах необходимо для их надежного функционирования, а для этого требуется более глубокое понимание протекающих в них процессов на атомном уровне.
Исследователи обнаружили, что электроны играют важную роль при передаче энергии между слоями двумерных полупроводниковых материалов WSe2 и WS2 несмотря на то, что эти слои неплотно связаны между собой.
Группа Арчана Раджа в лаборатории университета Беркли усовершенствует изготовление устройств из двумерных полупроводников для изучения необычного поведения электронов в этих экзотических материалах.
Исследование, опубликованное недавно в журнале Nature Nanotechnology, объединяет результаты сверхбыстрых измерений температуры на атомном уровне и обширные теоретические расчеты.
"Этот эксперимент был поставлен для решения фундаментальных вопросов о движении атомов в наноразмерных соединениях, а полученные результаты имеют отношение к рассеиванию энергии в футуристических электронных устройствах", - заявил Адитья Соод, один из авторов исследования, научный сотрудник Стэнфордского университета. "Нам было интересно узнать, как электроны и колебания атомов соединяются друг с другом при тепловом потоке между двумя материалами. Изучая границу раздела с атомарной точностью, мы обнаружили удивительно эффективный механизм этой связи".
На практике это означает, в частности, создание таких приборов, как сверхбыстрый термометр.
Ученые изучали устройства, состоящие из монослоев WSe2 и WS2. Устройства были изготовлены в Молекулярном литейном цехе Лаборатории Беркли, которая усовершенствовала технологию использования скотча для снятия кристаллических монослоев полупроводников толщиной менее нанометра каждый. С помощью полимерных штампов, выровненных под самодельным микроскопом для укладки, эти слои были нанесены друг на друга и точно размещены над микроскопическим окном, чтобы обеспечить передачу электронов через образец.
В экспериментах команда использовала метод, известный как сверхбыстрая дифракция электронов, для измерения температуры отдельных слоев при оптическом возбуждении электронов только в слое WSe2. Этот метод служил "электронной видеокамерой", фиксируя положение атомов в каждом слое. Изменяя временной интервал между импульсами возбуждения и зондирования на триллионные доли секунды, они могли независимо отслеживать изменение температуры каждого слоя, используя теоретическое моделирование для преобразования наблюдаемых атомных движений в температуру.
Этот подход позволяет получить новый способ прямого измерения температуры в такой сложной гетероструктуре. Данные слои находятся на расстоянии всего нескольких ангстремов друг от друга, но все же возможно выборочно исследовать их реакцию и, благодаря временному разрешению, по-новому прощупать в фундаментальных временных масштабах, как энергия распределяется между этими структурами.
Было обнаружено, что слой WSe2 нагрелся, как и ожидалось, однако, слой WS2 также нагрелся одновременно, что свидетельствует о быстрой передаче тепла между слоями. Напротив, когда они не возбуждали электроны в WSe2 и нагревали гетероструктуру, используя вместо этого металлический контактный слой. Очевидно, что граница раздела между WSe2 и WS2 передавала тепло очень слабо, что подтверждает результаты предыдущих экспериментов и расчетов.
Удивительно наблюдать как два слоя нагреваются почти одновременно после фотовозбуждения, и это подталкивает к более глубокому пониманию происходящих в таких гетероструктурах процессах.
Электронный мостик способствует быстрой передаче энергии между полупроводниками. Исследователи изучают потенциальное применение двумерных материалов в транзисторах и оптоэлектронике, поскольку полупроводниковые устройства продолжают становиться все более миниатюрными. Управление потоками электричества и тепла в этих материалах необходимо для их надежного функционирования, а для этого требуется более глубокое понимание протекающих в них процессов на атомном уровне.
Исследователи обнаружили, что электроны играют важную роль при передаче энергии между слоями двумерных полупроводниковых материалов WSe2 и WS2 несмотря на то, что эти слои неплотно связаны между собой.
Группа Арчана Раджа в лаборатории университета Беркли усовершенствует изготовление устройств из двумерных полупроводников для изучения необычного поведения электронов в этих экзотических материалах.
Исследование, опубликованное недавно в журнале Nature Nanotechnology, объединяет результаты сверхбыстрых измерений температуры на атомном уровне и обширные теоретические расчеты.
"Этот эксперимент был поставлен для решения фундаментальных вопросов о движении атомов в наноразмерных соединениях, а полученные результаты имеют отношение к рассеиванию энергии в футуристических электронных устройствах", - заявил Адитья Соод, один из авторов исследования, научный сотрудник Стэнфордского университета. "Нам было интересно узнать, как электроны и колебания атомов соединяются друг с другом при тепловом потоке между двумя материалами. Изучая границу раздела с атомарной точностью, мы обнаружили удивительно эффективный механизм этой связи".
На практике это означает, в частности, создание таких приборов, как сверхбыстрый термометр.
Ученые изучали устройства, состоящие из монослоев WSe2 и WS2. Устройства были изготовлены в Молекулярном литейном цехе Лаборатории Беркли, которая усовершенствовала технологию использования скотча для снятия кристаллических монослоев полупроводников толщиной менее нанометра каждый. С помощью полимерных штампов, выровненных под самодельным микроскопом для укладки, эти слои были нанесены друг на друга и точно размещены над микроскопическим окном, чтобы обеспечить передачу электронов через образец.
В экспериментах команда использовала метод, известный как сверхбыстрая дифракция электронов, для измерения температуры отдельных слоев при оптическом возбуждении электронов только в слое WSe2. Этот метод служил "электронной видеокамерой", фиксируя положение атомов в каждом слое. Изменяя временной интервал между импульсами возбуждения и зондирования на триллионные доли секунды, они могли независимо отслеживать изменение температуры каждого слоя, используя теоретическое моделирование для преобразования наблюдаемых атомных движений в температуру.
Этот подход позволяет получить новый способ прямого измерения температуры в такой сложной гетероструктуре. Данные слои находятся на расстоянии всего нескольких ангстремов друг от друга, но все же возможно выборочно исследовать их реакцию и, благодаря временному разрешению, по-новому прощупать в фундаментальных временных масштабах, как энергия распределяется между этими структурами.
Было обнаружено, что слой WSe2 нагрелся, как и ожидалось, однако, слой WS2 также нагрелся одновременно, что свидетельствует о быстрой передаче тепла между слоями. Напротив, когда они не возбуждали электроны в WSe2 и нагревали гетероструктуру, используя вместо этого металлический контактный слой. Очевидно, что граница раздела между WSe2 и WS2 передавала тепло очень слабо, что подтверждает результаты предыдущих экспериментов и расчетов.
Удивительно наблюдать как два слоя нагреваются почти одновременно после фотовозбуждения, и это подталкивает к более глубокому пониманию происходящих в таких гетероструктурах процессах.
Комментарии читателей
