Растяжение слоев позволило управлять свойствами наноматериалов без химических добавок

Данные двумерные материалы имеют толщину всего в три атома. Если два таких материала соединить под небольшим углом, атомы в месте контакта располагаются в виде регулярного узора: чередуются участки с более и менее выгодным расположением атомов. Если затем растянуть структуру в одном направлении, узор меняется. Вместо треугольных областей появляются длинные параллельные полосы, разделенные узкими промежутками шириной от 3 до 15 нанометров. В этих промежутках возникают квантовые потенциальные ямы, что приводит к захвату электронно-дырочных пар — экситонов — внутри узкой линии. Так формируется квантовая проволока.

Чтобы увидеть структуру до и после деформации, ученые использовали два метода визуализации. Сначала они наблюдали узор с помощью торсионной атомно-силовой микроскопии. Затем перенесли образец на подложку с параллельными выступами. Выступы создавали локальное растяжение около 0,1%, которого оказалось достаточно, чтобы перестроить узор из двумерного в одномерный, что было подтверждено с помощью сканирующей электронной микроскопии. В результате экситоны в одномерных каналах стали испускать свет с линейной поляризацией, направленной вдоль каналов, со степенью поляризации до 0,9. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Анвар Баймуратов, руководитель теоретической части исследования, доцент Центра инженерной физики Сколтеха и руководитель Группы теории двумерных материалов, комментирует: «Мы показали, что растяжение позволяет переключать структуру из двумерной конфигурации в одномерную. Это дает возможность управлять энергией, временем жизни и поляризацией излучения, выбирая начальный угол поворота слоев и изменяя профиль подложки для контроля деформации на наноуровне. Такая степень контроля необходима для создания квантовых устройств с направленным и перестраиваемым излучением».

Результаты открывают возможность создания одномерных квантовых проволок с заданными свойствами для применения в оптоэлектронике, квантовых сенсорах и элементах квантовой обработки информации.