Vědci zjistili, že ve 2D vrstvách selenidu a sulfidu wolframičitého funguje dosud neznámý mechanismus přenosu tepla. I když vrstvy nejsou přímo fyzicky spojené, vytvářejí se mezi nimi zvláštní můstky z elektronů, které umožňují rychlejší tepelný tok. Tepelné vlastnosti 2D vrstev polovodičů mají samozřejmě zásadní význam pro jejich využití v elektronice včetně optoelektroniky.
Zajímavá na novém výzkumu je také analytická technika, která umožnila popsané chování pozorovat. Vrstvy o tloušťce méně než 1 nm se podařilo zarovnat pod mikroskop tak, aby bylo možné sledovat průchod elektronů vzorkem. Pomocí tzv. difrakce ultrarychlých elektronů (ultrafast electron diffraction) vědci dokázali sledovat na ultrakrátkých časových škálách změny teplot jednotlivých vrstev při optické excitaci elektronů. Z toho se pak dalo odvodit, jak se energie sdílí v rámci celé struktury.
Při optické excitaci vrstvy WSe2 se tato logicky zahřívala. Překvapivě se ale ukázalo, že současně rostla teplota i v sousední vrstvě WS2, což naznačuje rychlý přenos tepla. Naopak když se ve vrtsvě WSe2 elektrony neexcitovaly opticky a místo toho se heterostruktura zahřívala pomocí kovu, který byl s vrstvou v přímém kontaktu, rozhraní mezi WSe2 a WS2 přenášelo teplo velmi špatně. Počítačové simulace pak ukázaly, že při fotoexcitaci zřejmě vzniká jakýsi „lepivý stav“, kdy elektrony visí mezi oběma vrstvami heterostruktury a tímto způsobem dochází k rychlému toku tepla (vibrační energie krystalové mřížky). Obdobným způsobem se zřejmě budou chovat i další polovodičové heterostruktury.
Aditya Sood et al, Bidirectional phonon emission in two-dimensional heterostructures triggered by ultrafast charge transfer, Nature Nanotechnology (2022). DOI: 10.1038/s41565-022-01253-7
Zdroj: Lawrence Berkeley National Laboratory / Phys.org