Растяжение слоев управляет свойствами наноматериалов без химии: новый шаг к гибкой электронике

Международная исследовательская группа с участием ученых Сколтеха разработала метод создания одномерных квантовых проводов в структурах из двух разных двумерных материалов — диселенида молибдена и диселенида вольфрама. Результаты работы будут представлены на конференции «Микроэлектронные системы-2026» в Сколтехе.

Как растяжение меняет наноузор

Двумерные материалы, используемые в исследовании, имеют толщину всего три атома. Когда два таких слоя соединяют под небольшим углом, атомы в месте контакта образуют регулярный узор: чередуются участки с более и менее выгодным расположением атомов. Если затем растянуть структуру в одном направлении, этот узор меняется: вместо треугольных областей формируются длинные параллельные полосы, разделенные узкими промежутками шириной от 3 до 15 нанометров.

В этих промежутках возникают квантовые потенциальные ямы, которые захватывают электронно-дырочные пары — экситоны. Так формируется одномерная квантовая проволока. По сути, механическое воздействие позволяет «вытянуть» двумерную конфигурацию в одномерную, изменяя свойства материала без химических добавок или сложной обработки.

Визуализация деформации и подтверждение эффекта

Чтобы увидеть структуру до и после деформации, ученые применили два метода. Сначала они наблюдали узор с помощью торсионной атомно-силовой микроскопии. Затем образец перенесли на подложку с параллельными выступами, которые создавали локальное растяжение около 0,1%. Этого оказалось достаточно для перестройки узора из двумерного в одномерный, что подтвердили с помощью сканирующей электронной микроскопии.

В результате экситоны в одномерных каналах начали испускать свет с линейной поляризацией, направленной вдоль каналов; степень поляризации достигала 0,9. Это значит, что излучение стало упорядоченным, что важно для оптоэлектронных приложений.

Анвар Баймуратов, руководитель теоретической части исследования и доцент Центра инженерной физики Сколтеха, отмечает: «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 исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters. Они открывают возможность создания одномерных квантовых проволок с заданными свойствами для применения в оптоэлектронике, квантовых сенсорах и элементах квантовой обработки информации. По мнению авторов, подход может лечь в основу гибкой электроники и устройств, реагирующих на давление, изгиб или растяжение.