Kvantti-ilmiötä puolijohdepaketeissa

University of Kansasin tutkijoiden mukaan elektronien kvanttiliikkuvuus atomikerroksien välillä osoittaa potentiaalisia sovelluksia van der Waalsin materiaaleille elektroniikassa ja fotoniikassa.

"Elektronit voivat näkyä ensimmäisessä kerroksessa, sitten kolmannessa kerroksessa, käymättä koskaan toisessa kerroksessa", toteaa Kansasin yliopiston Hui Zhao. Hänen ryhmänsä on juuri havainnut tällaisen arkijärjen vastaisen elektronien liikkeen kokeissaan yliopiston Ultrafast Laser Laboratoriossa.

Koska tällainen kvanttiliikenne on erittäin tehokasta, Zhao toteaa, sillä voi olla keskeinen rooli uudenlaisissa materiaaleissa, joita kutsutaan van der Waalsin -aineiksi. Niitä voitaisiin käyttää joskus aurinkokennoissa ja elektroniikassa.

Tutkijoiden näyte sisältää kerrokset MoS2-, WS2- ja MoSe2-materiaaleja. Kaikki kolme ovat puolijohdemateriaaleja ja reagoivat valon eri väreihin.

Tähän perustuen tutkijat käyttivät sopivan väristä 100 femtosekunnin laserpulssia vapauttamaan elektroneja ylimmässä MoSe2-kerroksesta. Sitten käytettiin toista, MoS2-kerrokseen sopivaa laserpulssia, havaitsemaan elektroneja alimmassa kerroksessa. Edelleen kolmannella pulssilla seurattiin keskikerrosta mutta sieltä ei elektroneja löytänyt.

Zhaon mukaan, elektronien kvanttisiirtymisilmiön todentaminen atomikerroksien välillä yhdistettynä van der Waalsin -voimiin on rohkaiseva tieto tutkijoille kehittää uusia materiaaleja.

Uudet kaksiulotteiset materiaalit havaittiin noin vuosikymmen sitten ja tähän mennessä niitä on löytynyt noin satakunta. Tällaisia atomikerroksia voidaan pinota käyttämällä van der Waalsin -voimia. Niiden välisissä heterokerroksissa on havaittu epätavallisen nopeita elektronien siirtymiä.

Tutkimus osoitti, että elektroneja voidaan siirtää useiden kerrosten välillä kvanttitilassa, mikä siten lisää ymmärrystä näiden siirtymien luonteesta. Täten ne ovat avanneet kokonaan uuden tavan tehdä uusia funktionaalisia materiaaleja iloitsevat tutkijat tiedotteessaan.