新研究展示了二维半导体中应变带隙和激子漏斗的尖端诱导纳米工程

由 UNIST 物理系 Kyoung-Duck Park 教授领导的研究小组成功地研究和控制了二维 (2D) 半导体中自然形成的纳米级皱纹的物理特性。这要归功于他们先前开发的高光谱自适应尖端增强光致发光 (a-TEPL) 光谱。这将是开发超薄、超柔性显示器的重要一步。

据研究小组称，皱纹是二维半导体材料中不可避免的结构变形，这会导致材料特性的空间异质性。这种结构变形长期以来一直被认为是半导体制造中的主要技术挑战之一，因为这会损害半导体结构、电学和光学特性的均匀性。此外，因为这些皱纹的大小非常小，使用传统的光谱工具无法准确分析它们的结构、光学和激子特性。“最近的应变工程方法已经能够调整其中一些特性，但还没有尝试控制自然形成的纳米级皱纹的诱导应变，同时研究它们修改后的纳米光学特性，”研究小组指出。

在这项研究中，研究团队提出了一种高光谱 TEPL 纳米成像方法，结合纳米光机械应变控制，研究和控制 WSe2 ML 中自然形成皱纹的纳米光学和激子特性。这种方法使他们能够揭示与在顶点处诱导的单轴拉伸应变相关的褶皱处修改后的电子特性和激子行为。基于此，研究团队能够利用皱纹结构作为纳米级应变工程平台。研究小组指出，精确的原子力尖端控制还使他们能够以完全可逆的方式在纳米局部区域设计 TMD MLs 的激子特性。

研究团队通过展示可编程操作的时间和空间切换和调制模式，进一步展示了一个更系统的皱纹动态纳米发射控制平台。“我们设想我们的方法可以在量子纳米光子器件中获得潜在的应用，例如用于发光二极管的明亮纳米光源、用于光学集成电路的纳米光开关/多路复用器和激子凝聚器件，”该研究说团队。

同时，成均馆大学的 Ki Kang Kim 教授和 Soo Ho Choi 博士以及忠北国立大学的 Hyun Seok Lee 教授参与了研究中使用的 2D 半导体材料的生产。来自UNIST化学系的Geunsik Lee教授和Yongchul Kim博士也参与了研究结果的理论计算。

该研究成果已于2021 年 5 月 11 日提前在《Advanced Materials》网络版上发表。它还被选为该杂志 2021 年 4 月号的封面。此外，该纳米机械应变工程的源技术已获得官方专利。

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