Een interdisciplinair team van wetenschappers van het U.S. Naval Research Laboratory (NRL) heeft een direct verband ontdekt tussen de kwaliteit van het monster en de mate van dalpolarisatie in monolaag overgangsmetaal dichalcogeniden (TMD's). In tegenstelling tot grafeen, veel monolaag TMD's zijn halfgeleiders en zijn veelbelovend voor toekomstige toepassingen in elektronische en opto-elektronische technologieën.

In deze betekenis, een 'vallei' verwijst naar het gebied in een elektronische bandstructuur waar zowel elektronen als gaten zijn gelokaliseerd, en 'valleipolarisatie' verwijst naar de verhouding van valleipopulaties - een belangrijke maatstaf die wordt toegepast in onderzoek naar valleytronics.

"Een hoge mate van dalpolarisatie is theoretisch voorspeld in TMD's, maar de experimentele waarden zijn vaak laag en variëren sterk, " zei Kathleen McCreary, doctoraat, hoofdauteur van de studie. "Het is uiterst belangrijk om de oorsprong van deze variaties te bepalen om ons basisbegrip van TMD's te vergroten en het gebied van valleytronics vooruit te helpen."

Veel van de huidige technologieën (d.w.z. solid state verlichting, transistoren in computerchips, en batterijen in mobiele telefoons) vertrouwen eenvoudigweg op de lading van het elektron en hoe het door het materiaal beweegt. Echter, in bepaalde materialen zoals de monolaag TMD's, elektronen kunnen selectief in een gekozen elektronische vallei worden geplaatst met behulp van optische excitatie.

"De ontwikkeling van TMD-materialen en hybride 2D/3D-heterostructuren belooft verbeterde functionaliteit die relevant is voor toekomstige missies van het ministerie van Defensie, zei Berend Jonker, doctoraat, hoofdonderzoeker van het programma. "Deze omvatten elektronica met ultralaag vermogen, niet-vluchtig optisch geheugen, en kwantumberekeningstoepassingen in informatieverwerking en -detectie."

De groeiende velden van spintronica en valleytronics hebben tot doel de spin- of valley-populatie te gebruiken, in plaats van alleen te laden, om informatie op te slaan en logische bewerkingen uit te voeren. Vooruitgang op deze ontwikkelingsgebieden heeft de aandacht getrokken van marktleiders, en heeft al geleid tot producten zoals magnetisch willekeurig toegankelijk geheugen die de bestaande op lading gebaseerde technologieën verbeteren.

Het team richtte zich op TMD-monolagen zoals WS2 en WSe2, die een hoge optische responsiviteit hebben, en vonden dat monsters met een lage fotoluminescentie (PL) intensiteit een hoge mate van dalpolarisatie vertoonden. Deze bevindingen suggereren een manier om dalpolarisatie te ontwikkelen via gecontroleerde introductie van defecten en niet-radiatieve recombinatiesites

"Het echt begrijpen van de reden voor variatie van monster tot monster is de eerste stap in de richting van valleytronic-regeling, " zei McCreary. "In de nabije toekomst, we kunnen mogelijk de polarisatie nauwkeurig verhogen door defectlocaties toe te voegen of polarisatie te verminderen door passivering van defecten."

De resultaten van dit onderzoek worden gerapporteerd in de augustus 2017 editie van de ACS Nano .