Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Ny halvleder i to dimensioner kobler selektivt til lys

Artikel i ACS Nano afslører de elektroniske egenskaber af den nye todimensionelle halvleder rhenium diselenid. Søren Ulstrup fra IFA er medforfatter.

14.06.2020 | Ole J. Knudsen

Orbitaler i den nye todimensionelle halvleder ReSe2. Illustration fra artiklen.

Elektroniske kvantetilstande og sammensætningen af atomare Orbitaler i den nye todimensionelle halvleder ReSe2. Illustration fra artiklen.

Værktøjskassen med nyttige todimensionelle materialer vokser sig nu endnu større, idet Søren Ulstrup fra IFA sammen med kollegaer fra blandt andet University of Seoul i Sydkorea har haft succes med at syntetisere et nyt halvledende materiale kaldet rhenium diselenid med den korte betegnelse ReSe2. Materialet beskrives som todimensionelt, da det består af en enkelt Se-Re-Se atomar sandwich, hvor atomerne er bundet i en anisotrop kædelignende struktur i planen.

Studiet er netop publiceret i det anerkendte tidsskrift ACS Nano, og udover at dokumentere syntesen og strukturen af materialet ved hjælp af blandt andet skannende tunnnel mikroskopi (STM), så viser studiet, at materialet også gemmer på nogle helt særlige elektroniske egenskaber.

Ved hjælp af synkrotronstråling og den fotoelektriske effekt har forskerne målt de elektroniske kvantetilstande svarende til valensbåndene i ReSe2. Disse viser sig at være markant anderledes end i hidtil kendte 2D halvledere, fordi alle tilstandene ved de laveste energier responderer stærkest til stråling, som er polariseret i samme plan som materialet. Ud fra denne observation samt teoretiske beregninger konkluderes det, at disse valensbånd primært stammer fra dx2-y2 orbitalerne fra rhenium atomerne, hvorimod elektronernes tilstande ved højere energier kædes sammen med dz2 orbitalerne.

Man kan derfor udlede, at ReSe2 absorberer lys ekstremt selektivt afhængig af lysets energi og polarisation. Dette gør interaktionen mellem lys og stof særlig interessant at studere yderligere i dette materiale fra et grundvidenskabeligt synspunkt. Man kan endda forestille sig at kombinere ReSe2 med andre 2D materialer i stakke, ligesom LEGO-klodser, med henblik på at udnytte selektiv lysabsorption i ReSe2 i kombination med en fordelagtig elektrisk ledningsevne i naboliggende materialer for derved at bygge elektroniske komponenter med unikke optiske egenskaber.

Selve artiklen i ACS Nano kan findes her.


Institut for Fysik og Astronomi, Medarbejdere, Offentligheden / Pressen, Studerende