研究人员利用二硫化钨寻找低能量电子

研究人员利用实态和虚态之间的相互作用来“切换”一种原子厚度（二维）材料 - 二硫化钨（WS2）的电子状态，这有助于寻找基于奇异拓扑材料的未来低能量电子。超短的光脉冲，低至十亿分之三千四百万分之一秒，能引起与连续照明相同的反应。

       事实证明，超短脉冲光在控制原子厚度的二硫化钨的电子状态方面与连续照明没有区别。一项由澳大利亚斯威本大学（Swinburne University of Technology）领导的新研究证明，超短光脉冲可以用来驱动物质新相的转变，这有助于寻找未来基于Floquet的低能量电子产品。人们对通过使用超短光脉冲瞬时控制单层半导体的带状结构以创造和控制奇异的新物质相有很大兴趣。

       由此产生的临时状态被称为Floquet-Bloch状态，从研究的角度来看，对于拟议中的基于Floquet拓扑绝缘体（FTI）的新型晶体管来说，也很有意思。一个重要的发现是，检测Floquet状态形成所需的超短光脉冲被证明在触发该状态方面与连续照明一样有效，这是一个重要的问题，直到现在，这个问题在很大程度上被忽略了。

        Floquet物理学被用来预测绝缘体如何转化为FTI，其前提是一个纯粹的正弦波场，即连续的、单色的（单波长）照明。

       然而，为了观察这种相变，只有超短脉冲才能提供足够的峰值强度以产生可检测的效果。这就是问题所在。即使是最纯净的光源的开启或关闭也会给光的光谱带来广泛的额外频率；开关越突然，光谱越宽泛。因此，像这里使用的超短脉冲并不符合Floquet物理学所基于的假设。斯威本科技大学的Stuart Earl博士说：“超短脉冲是你可能得到的最远的单色波，然而，我们现在已经表明，即使是短于15个光周期（34飞秒，或34百万分之一秒）的脉冲，这也不重要。”厄尔博士与来自澳大利亚国立大学和ARC未来低能耗电子技术中心（FLEET）的合作者一起，将二硫化钨的原子单层置于不同长度但总能量相同的光脉冲中，以可控方式改变峰值强度。

     WS2是一种过渡金属二钙化物（TMD），这是一个被研究用于未来“超越CMOS电子产品的材料系列”。该研究小组使用泵探针光谱学观察到由于光学斯塔克效应导致的WS2的激子能量的瞬时转移。由于他们使用了亚带隙泵浦脉冲，他们测量的信号只持续了脉冲本身的时间，是由于样品内平衡状态和光子压制的虚拟状态之间的相互作用。

       斯威本科技大学的杰夫-戴维斯（Jeff Davis）教授解释说：“WS2的反应是即时的，但更重要的是，它的反应线性地取决于脉冲的瞬时强度，就像我们无限缓慢地打开一个单色场，这对我们的团队来说是一个令人兴奋的发现。尽管脉冲非常短，但系统的状态仍然是一致的”。

       绝热扰动是一种极其缓慢地引入的扰动，这样系统的状态就有时间适应，这是FTIs的一个关键要求。虽然超短脉冲不应符合这一要求，但这一结果提供了明确的证据，表明对于这些原子单层来说，它们符合这一要求。这现在使研究小组能够将任何非绝热行为的证据归于样品，而不是归于他们的实验。

       这些发现现在使FLEET团队能够用一个高于带隙的脉冲来探索这些材料中的Floquet-Bloch状态，从理论上讲，这应该会推动材料进入被称为Floquet拓扑绝缘体的奇异阶段。了解这一过程应有助于研究人员将二硫化钨材料支撑的这些材料纳入新一代的低能量电子、高带宽和潜在的超高速晶体管。

本文转自“中钨在线”，阅读原文请点击：http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-product-news/143675-tpn-11186.html