Ondes de densité de charge améliorées par Moiré Engineering dans les hétérostructures torsadées

Figure 1. Images topographiques de microscopie à effet tunnel à balayage de divers motifs de moiré avec différents angles de torsion. Crédit: Image par NJU

Lors de l’empilement de deux couches de matériaux de van der Waals (vdW), un motif moiré est produit par la modulation du potentiel périodique de grande longueur d’onde. Le motif moiré est un moyen prometteur pour l’ingénierie à la fois de la géométrie atomique et de la structure électronique. Une variété de phénomènes émergents ont été découverts dans les bicouches vdW torsadées de graphène ou dichalcogénure de métal de transition semi-conducteur (2H-TMD), cependant, on sait peu de choses sur la bicouche torsadée de métal 1T-Matériaux TMD (dichalcogénure de métal de transition).

Dans une étude publiée dans Matériaux naturels, des chercheurs dirigés par le professeur LI Shaochun de l’Université de Nanjing et le professeur MENG Sheng de l’Institut de physique (IoP) de l’Académie chinoise des sciences ont découvert pour la première fois que les effets à N corps, en particulier la corrélation quantique électronique, peuvent être accordé dans des monocouches métalliques vdW grâce à l’ingénierie du moiré.

Figure 2. CDW améliorés par moiré près de 0°. Crédit : Image de NJU et IoP

Les chercheurs ont synthétisé l’hétérostructure épitaxiale de 1T-TiTe₂/1T-TiSe₂ avec divers angles de torsion en utilisant l’épitaxie par faisceau moléculaire et a étudié les états d’onde de densité de charge (CDW) induits/améliorés par le motif moiré avec la microscopie à effet tunnel.

Ils ont trouvé que dans 1T-TiTe₂/1T-TiSe₂ hétérostructures, lorsque l’angle de torsion est proche de ~0,5°, les domaines profonds 2 × 2 CDW sont formés en 1T-TiTe₂. Les domaines CDW sont piégés dans le motif moiré et séparés par les régions à l’état normal 1 × 1.

Figure 3. Carte de déformation symétrique. Crédit: Image par NJU

Cet état CDW est considérablement amélioré pour persister même à température ambiante. Cependant, dans des angles de torsion plus grands, de tels motifs CDW piégés par moiré n’ont pas été observés. À l’aide de calculs de premier principe dans le cadre de la théorie fonctionnelle de la densité, ils ont démontré que la formation de l’état CDW piégé par moiré peut être attribuée aux variations de déformation locales dues aux reconstructions atomiques modulées par les motifs de moiré.

Figure 4. Hauteur relative et champ de déformation des hétérostructures. Crédit : Image par IoP

Cette étude ouvre une nouvelle voie à la construction de bicouches vdW torsadées métalliques et au réglage des effets à plusieurs corps via l’ingénierie du moiré et elle a été soutenue par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et l’Académie chinoise des sciences.

Référence : « État d’onde de densité de charge améliorée Moiré dans 1T-TiTe torsadé₂/1T-TiSe₂ hétérostructures” par Wei-Min Zhao, Li Zhu, Zhengwei Nie, Qi-Yuan Li, Qi-Wei Wang, Li-Guo Dou, Ju-Gang Hu, Lede Xian, Sheng Meng et Shao-Chun Li, 16 décembre 2021, Matériaux naturels.
DOI : 10.1038/s41563-021-01167-0