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최근, 중국과학원 대련화학물리연구소의 김옥기(金玉奇), 리강(李刚) 싱가폴 난양이공대학의 우정(于霆)교수, 복단대학의 총준효(丛春晓)교수는 공동으로, WS2의 valley 편광 특성 연구에서 진전을 이루었다. 이 결과는 영국왕립화학회의 Nanoscale Horizon잡지의 inside the cover형식으로 다루어졌다. Valley란 그래핀, 탄소 나노튜브, 비스무트, 다이아몬드, 실리콘 및 디칼코게니드 등과 같이 복수의 valley를 갖는 반도체나 절연체를 다루는 분야가 이에 해당한다. Valleytronics분야는 정보의 운반체에 대한 연구로서 valley 자유도를 이용하여 정보를 다루는 분야로 최근 널리 주목을 받고 있다. Valleytronics부품 영역은 잠재적인 응용 가능성이 높은 분야이다. 전자를 다른 valley자유도의 수에서 제어하여 valley편광을 구현하는 것은 만들어내는 것은 valleytronics디바이스를 만들어내는 데에서 선결 요건이 된다. 따라서 Valley 편광에서 안정성을 가진 재료를 찾기 위해서 많은 노력을 기울이고 있다. 단층 전이금속 dichalcogenides (TMDs)는 잘 알려진 valley의존성을 갖고 있다. TMD는 전도대와 원자가띠 마진에서 두 개의 에너지 퇴화도를 가진 valley를 갖고 있어서 valleytronics를 실현할 수 있는 가능성을 가진 재료라고 할 수 있다. TMD에 대하여 연구진들은그러나 텅스텐 (W)에 기초한 이중층 TMD는 매우 선택적인 valley 편광현상이 관측 되었는데도 불구하고 이에 대한 이해는 충분하지 못한 상황이다. 연구진들은 체계적으로 이중층 WS2의 높은 valley편광 현상을 연구하였다. 이를 위해서 온도 의존성 편광 분해 광 발광 (photoluminescence)을 측정하였다. 이중층 WS2에서 It is Valley편광에서 음향 포논이 중요한 역할을 한다는 것을 밝혔다.어떤 WS2 이중층에서는 간접/직접 밴드갭 방출 비율이 상대적으로 작은데, 음향 포논이 현저하게 valley사이에서 확산 과정을 도와주며 valley대비를 없애 준다. 한편, 간접적인 밴드갭 방출을 보이는 다른 이중층에서는 간접 광학 천이 과정이 Λ 지점에서 포논을 현저하게 제거하여 단정적인 valley 편광을 가능하게 하였다.이러한 결과들은 전자-포논의 커플링이 valley간의 완화 현상에서 중요한 역할을 담당하는 것을 보여준 것이며 이를 통해 앞으로 valleytronics 디바이스를 설계하는데 있어서 2차원의 TMD를 사용할 수 있다는 가능성을 열어준 것이다. .연구팀은 중국 박사후 과학기금 프로젝트와 중국과학원 중점 실험실 혁신 기금 프로젝트, 대련 화학물리 연구소 우수 박사후 과정 연구 기금을 통해 이루어졌다. |
