Фотоиндуцированные переходы металл-изолятор в двумерных муаровых устройствах
Переключаясь между различными физическими состояниями, многие квантовые материалы претерпевают так называемые фазовые переходы, которые изменяют в них характер движения электронов. Ранее в квантовых материалах был продемонстрирован переход от изоляционных состояний к металлическим состояниям посредством фотовозбуждения (т.е. возбуждением электронов с помощью света). Однако обратный переход (используя только свет), от металлического к изоляционному состоянию, до сих пор было трудно осуществить. Исследователи из Колумбийского университета в сотрудничестве с Калифорнийским университетом в Риверсайде недавно продемонстрировали сверхбыстрый фотоиндуцированный переход металл-изолятор в двумерных (2D) муаровых гетероструктурах — квантовых материалах, состоящих из 2D-слоев, расположенных друг над другом с небольшим смещением между ними. Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, может открыть новые захватывающие перспективы для развития квантовых технологий и сверхбыстрых оптических устройств.
Рис. Изображение, иллюстрирующее процесс переноса горячих дырок, возбужденных в графитовых/графеновых электродах, в муаровую структуру с характерными периодическими потенциалами. Автор изображения: д-р Хорхе Эстебан Рохас Гатженс.
Учёные изготовили муаровые устройства, состоящие из расположенных друг над другом сверхтонких слоев дисульфида вольфрама (WS₂) и диселенида вольфрама (WSe₂). Они также включили графитовые затворы, через которые можно было вводить электрический заряд в устройства. Для освещения материала использовались короткие лазерные импульсы. Первоначально они легировали каждое устройство до металлического состояния и электроны могли свободно перемещаться. Однако после возбуждения материала лазерными импульсами устройства перешли в коррелированные изоляционные состояния. При фотовозбуждении легированной зарядом муаровой квантовой материи возбуждение накачкой приводит к нарушению корреляции, как это наблюдается при фотоиндуцированном переходе изолятор-металл (с характерными спектроскопическими признаками).
Получается, что данная работа является результатом случайного открытия. При высоких мощностях накачки было сделано поразительное наблюдение спектроскопического признака обратного процесса, то есть перехода металл-изолятор. Анализы показали, что механизмом, ответственным за этот переход, является сверхбыстрая инжекция фотовозбужденных дырок из графитового электрода.
