Ученые под руководством Университета Монаша впервые напрямую визуализировали крошечные вихревые структуры внутри атомарно тонкого полупроводника. Это открытие, опубликованное в журнале Science Advances, показывает существование так называемых меронов и антимеронов — наноразмерных "водоворотов" электрической поляризации — в скрученных слоях полупроводника дисульфида вольфрама (WSe₂). Исследователи сложили два атомарно тонких слоя материала и повернули их друг относительно друга на 0,1 градуса, создав повторяющийся наномасштабный рисунок под названием муарная сверхрешетка. Используя высокоразрешающую микроскопию, им удалось получить карту распределения электрической поляризации и выявить разветвленную сеть из меронов и антимеронов. Об этом рассказывает сайт Phys.org.
Ведущий соавтор статьи доктор Эмили Во, ранее преподававшая в Университете Монаша, заявила, что это исследование предоставляет экспериментальное подтверждение существования этих необычных топологических структур в скрученных двумерных полупроводниках. Раньше топологические полярные структуры наблюдались в основном в оксидных материалах — в десятки раз толще. В новом же исследовании сеть мерон-антимерон формируется в полупроводниковом слое толщиной всего в несколько атомов. Также ученые смогли отделить эффекты скручивания материала от эффектов деформации, что важно для понимания того, как зарождаются эти структуры.
Теоретические модели и крупномасштабное моделирование подтвердили характеристики меронов и антимеронов, например циркуляционную поляризацию. Соавтор работы доцент Дэниел Беннетт, работающий в Наньянском технологическом университете в Сингапуре, подчеркнул, что именно сочетание эксперимента и теории позволило получить самые убедительные на сегодняшний день доказательства существования реальных меронов в скрученном полупроводнике. Открытие открывает путь к новым ультратонких энергоэффективным электронным устройствам, где такие наносостояния можно было бы управлять электрическими полями, деформацией или специальными подложками.
Техника также дает исследователям новый способ изучения скрученных материалов и определения того, являются ли их поляризационные узоры результатом деформации или комбинацией того и другого.