Американские физики впервые наблюдали, как электроны в двумерном полупроводнике переходят из упорядоченного кристаллического состояния в электронную жидкость.
Исследователи работали с диселенидом молибдена — материалом, состоящим из нескольких атомных слоев. Такие двумерные полупроводники отличаются от привычных материалов на основе кремния: из-за малой толщины электроны в них могут вести себя иначе. Ученые сосредоточились на так называемом вигнеровском кристалле. Это необычное состояние вещества, при котором электроны под действием взаимного отталкивания перестают свободно перемещаться и выстраиваются в упорядоченную структуру.
В другом состоянии, которое называют жидкостью Ферми, электроны ведут себя более свободно. Переход между этими состояниями можно условно сравнить с плавлением кристалла, хотя речь идет не о нагревании обычного вещества, а об изменении квантового поведения электронов. Чтобы увидеть этот процесс, физики использовали сканирующий туннельный микроскоп. С его помощью они изучали электроны и дефекты в образцах диселенида молибдена. В конструкции также применялись слои графита, кремния и нитрида бора.
Оказалось, что количество дефектов заметно влияет на поведение электронов. При большом числе дефектов электроны образовывали устойчивый вигнеровский кристалл с нерегулярной структурой. Если дефектов было меньше, электроны выстраивались в более упорядоченные треугольные узоры и легче переходили в жидкоподобное состояние. Некоторые дефекты действовали как крупные препятствия, другие — как небольшие неровности, меняющие движение электронов. Ученым удалось увидеть, как электронная структура реагирует на эти участки материала.
Чтобы убедиться, что наблюдаемые изображения отражают реальное поведение электронов, а не особенности работы микроскопа, исследователи провели квантово-механическое моделирование. Расчеты методом Монте-Карло хорошо совпали с экспериментальными данными.
По мнению ученых, работа поможет лучше понять поведение электронов в двумерных полупроводниках. В будущем контроль над дефектами может оказаться важным при создании все более миниатюрных электронных устройств.
Читайте также:
Впервые зафиксирован квантовый скачок звука в реальном времени
В Microsoft назвали ИИ-парсинг крупнейшей кражей труда в истории