تنظیم خصوصیات الکترونی تک‌لایه WSe2

موفقیت در سنتز تک‌لایه‌های دی کالکوژنید فلزات واسطه افق‌های جدید را در علم ماده چگال و صنعت اپتوالکترونیک ایجاد نموده است. وجود گاف نواری مستقیم و قابل تنظیم در این مواد، امیدهای زیادی را برای بکارگیری این دسته مواد در صنایع اپتوالکترونیک، سلول‌های خورشیدی و … فراهم نموده است. یکی از مهمترین چالش‌ها در استفاده از این مواد در صنایع کنترل ویژگی‌های الکترونی و اپتیکی آنها با روش‌های قابل تکرار است. در این تحقیق، نشان داده شد که می‌توان ماهیت آلایش تک‌لایه WSe2 از نوع p به نوع n تغییر داد. مهندسی چرخش بین این تک لایه و بستر طلا (twist) که با کنترل دمای بازپخت انجام پذیرفت عامل این تغییر ماهیت آلایش می‌باشد. شیوه معرفی شده در این تحقیق می‌تواند برای کنترل خصوصیات الکترونی فصل مشترک بین بستر فلزی-نیمرسانا دو بعدی مورد استفاده قرار گیرد.

در این پژوهش، تک لایه WSe2 بر روی بستر طلا (۱۰۰) با روش نهشت قطرات شیمیایی (CVD) رشد داده شد. طیف سنجی رامان، طیف سنجی گسیل فوتونی اشعه ایکس (XPS)، و انالیزهای STS/STM برای بررسی خصوصیات الکترونی نمونه‌های سنتز شده مورد استفاده قرار گرفت. بررسی تصاویر الکترونی نشان داده که این تک‌لایه نسبت به صفحه طلا دارای زاویه ۰۰ می‌باشد و بر اساس انالیز STS ماهیت p گونه ان آشکار شد. با افزایش دمای بازپخت به حدود ۷۰۰ K مشاهده گردید که تک‌لایه WSe2 نسبت به صفحه طلا زاویه ۱۵۰ می‌سازد و ماهیت n گونه از خود نشان می‌دهد. این تغییر ماهیت آلایش با استفاده از محاسبات تئوری تابعی چگالی مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه، با اضافه کردن اتم‌های ژرمانیوم به نمونه، مشخص شد این اتم‌ها در فصل مشترک بین این تک‌لایه و بستر طلا قرار می‌گیرند و برهم کنش بین آن دو را تضعیف می‌کنند. بررسی نتایج STS نشان داد اضافه شدن ژرمانیوم منجر به بازگشت آلایش ذاتی تک‌لایه WSe2 می‌شود.

فعالیت‌های تجربی این مطالعه در دانشگاه Hunan چین در گروه دکتر Lijie Zhang صورت پذیرفت. بخشی از آنالیزهای در دانشگاه National University of Singapore  انجام پذیرفت. محاسبات مبتنی بر تئوری تابعی چگالی در این تحقیق توسط همکار ایرانی طرح و در دانشگاه گیلان انجام شد.

نتایج این پژوهش در نشریه ACS Nano و در تاریخ ۱۴ مارچ انتشار یافت. مجله  ACS Nano دارای ضریب تاثیر ۱۵٫۸۸۱ می‌باشد و بصورت ماهنامه انتشار می‌باشد. برای مشاهده جزئیات بیشتر، لینک مقاله را کلیک نمایید.