В Berkeley Lab исследуют прикладные аспекты квантовых «волн» в 2D-металлах

Волноподобные коллективные колебания электронов, так называемые «плазмоны» играют важную роль в определении оптических и электронных свойств металлов. Плазмоны в атомарно тонких 2D-структурах обладают более высокой энергией, чем в объёмных материалах и поэтому лучше подходят для многих приложений, включая датчики и коммуникационные устройства.

В решении актуальных для практического применения задач — определения времени жизни плазмона и управления его свойствами в наномасштабе — существенно подвинулась группа из Берклиевской национальной лаборатории (Berkeley Lab) при поддержке Центра вычислительных исследований возбужденных состояний в энергетических материалах (C2SEPEM) Министерства энергетики США.

Об экспериментах по наблюдению долгоживущих плазмонов в квази 2D-кристаллах — новый класс проводящих дихалькогенидов переходных металлов (TMD) — исследователи рассказали в журнале Nature Communications.

К удивлению авторов, результаты расчетов электронных свойств монослоя дисульфида тантала, выполненных суперкомпьютером Cori в Национальном научно-вычислительном центре по энергетическим исследованиям (NERSC) Berkeley Lab, показали, что плазмоны в квазидвумерных TMD гораздо более стабильны — с временем жизни примерно до 2 пикосекунд, — чем считалось ранее.

Их работа также свидетельствует, что плазмоны, генерируемые квазидвумерными TMD, способны усиливать интенсивность света более, чем в 10 миллионов раз. Это открывает новые возможности для возобновляемой химии (химические реакции, вызванные светом) или для разработки электронных материалов, которыми можно управлять с помощью света.

В последующих исследованиях ученые планируют изучить, как использовать высокоэнергетичные электроны, выделяемые такими плазмонами при распаде, в частности, могут ли они применяться для катализа химических реакций.