Разработан метод создания одномерных квантовых проводов на основе деформации двумерных материалов

Международная группа исследователей при участии ученых из «Сколтеха» предложила метод формирования одномерных квантовых проводов на базе гетероструктур из диселенида молибдена и диселенида вольфрама. Технология опирается на контролируемую деформацию растяжения двумерных материалов, что позволяет модифицировать их электронные и оптические свойства без внедрения химических примесей и сложной физико-химической обработки поверхностей.

Механизмы формирования квантовых проводов

Двумерные материалы, участвующие в эксперименте, обладают толщиной всего в три атомных слоя. При наложении таких листов друг на друга под заданным углом формируется периодический муаровый узор: на поверхности чередуются области с энергетически выгодным и невыгодным расположением атомов. Принудительное растяжение такой системы в одном направлении меняет геометрию узора. Проще говоря, привычные треугольные зоны трансформируются в параллельные полосы, разделенные промежутками шириной от 3 до 15 нанометров. Именно в этих каналах возникают локальные квантовые потенциальные ямы, которые захватывают экситоны — связанные пары электрона и дырки. Таким образом, узкая полоса превращается в одномерный квантовый провод.

Методология исследования и визуализации

Для подтверждения структурных изменений ученые задействовали комбинированный подход. Первичное наблюдение деформаций проводилось методом торсионной атомно-силовой микроскопии. Для второго этапа образцы размещали на подложках с параллельными рельефными выступами. Локального растяжения всего в 0,1% оказалось достаточно для полной перестройки структурного паттерна с двумерного на одномерный. Статус конфигурации верифицировали с помощью сканирующей электронной микроскопии. Практически это означает, что экситоны в таких каналах генерируют свет с линейной поляризацией, ориентированной вдоль самих проволок. Коэффициент поляризации при этом достигает 0,9.

Перспективы применения в оптоэлектронике

Данный метод позволяет динамически переключать функциональность материала за счет изменения угла поворота слоев и профиля подложки. По словам руководителя теоретической группы Анвара Баймуратова, такой уровень прецизионного контроля над энергией, временем жизни экситонов и поляризацией излучения является необходимым условием для разработки квантовых устройств нового поколения. На практике это открывает путь к созданию гибких датчиков давления и изгиба, а также компонентов для систем квантовой обработки данных, где требуется направленное излучение с заданными параметрами.