$$\textrm{WTe}의 편광 의존형 빛 전파

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13169(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

\(\textrm{WTe}_2\)는 TMDC의 흥미롭고 뛰어난 반금속 구성원 중 하나이며, 적외선 주파수 범위에서 고유한 광학 이방성 및 쌍곡선 특성으로 인해 빛 전파를 조작하는 데 엄청난 관심을 끌었습니다. 우리는 입사파의 주파수와 편파각 측면에서 단일 및 이중 \(\textrm{WTe}_2\) 박막을 갖는 구조의 반사율과 투과율의 의존성을 조사합니다. 우리는 이방성 유전율 텐서로 인해 이러한 구조의 광학 응답에서 풍부한 동작을 발견합니다. 또한, 이러한 구조를 통해 투과파와 반사파의 편광 상태를 분석합니다. 우리는 이러한 구조가 \(\textrm{WTe}_2\) 박막의 주축을 기준으로 입사파의 주파수와 편광 각도를 조정함으로써 나가는 파동에 대해 원하는 편광 회전을 달성할 수 있는 능력을 제공한다는 것을 입증합니다. 특히, 우리는 \(\textrm{WTe}_2\) 박막의 평면 비틀림 각도에 대한 이중 박막 구조의 광학 응답 및 편광 회전의 본질적인 관련성을 설명합니다. 우리는 이 구조를 통해 박막의 비틀림 각도를 조정하여 나가는 파동의 편광 회전을 포괄적으로 제어할 수 있다고 설명합니다. 제안된 구조는 통신, 영상 및 정보 처리 분야에 적용할 목적으로 효율적인 광 조작기로 사용될 수 있습니다.

최근 전이금속 디칼코게나이드(TMDC)는 스핀트로닉스 및 트위스트로닉스1, 전자 및 조정 가능한 광학적 특징2,3의 뛰어난 기능으로 인해 재료 연구에서 상당한 주목을 받고 있습니다. TMDC는 공식 \(\textrm{MX}_2\)로 표시됩니다. 여기서 M은 칼코겐에 해당하는 두 개의 X 원자에 연결된 몰리브덴 또는 텅스텐\((M = Mo, W)\)과 같은 전이 금속을 나타냅니다. S, Se 또는 Te로 표시됩니다. 벌크 TMDC는 층 사이의 지배적인 힘으로 약한 반 데르 발스 힘을 갖는 층형 재료로, 박리를 통해 얇은 필름 또는 단일 층을 얻을 수 있습니다. TMDC 표본의 층 수와 인접한 층의 원자 배열에 따라 전자 및 광학 특성이 결정됩니다. TMDC는 원자 배열이 다른 2H, 1T, \(1T'\) 및 \(T_d\) 등 다양한 다형 구조를 가지고 있습니다. 삼각 격자를 갖는 2H 상은 단층(벌크) 형태의 직접(간접) 밴드 갭 반도체입니다. 반면, 1T 단계에서는 칼코게나이드 원자가 금속 원자 주위에 육각형으로 배열됩니다. 독립 형태의 1T 상의 불안정성으로 인해 구조는 격자 방향 중 하나를 따라 전이 금속 원자의 이량체화를 통해 자발적인 격자 왜곡을 겪는 경향이 있으며, 이는 이방성 전자 특성을 초래합니다4. \(1T'\) 및 \(T_d\) 상은 왜곡된 1T 상과 구조적으로 유사하며, 이들 사이의 거울 구조의 차이는 다층 필름에서만 인식될 수 있습니다. \(1T'\) 위상의 \(\textrm{WTe}_2\) 단층은 양자 스핀 홀 절연체 위상을 설정하는 TMDC 중 유일한 것입니다. 이는 양자화된 가장자리 컨덕턴스5 측정을 통해 적절한 실험적 증거로 입증되었습니다. 가장자리 상태6,7. 특히, 반전 대칭이 깨진 \(T_d\) 위상은 특이한 현상을 야기했습니다. 예를 들어, \(\textrm{T}_{\textrm{d}}\)–\(\textrm{WTe}_2\)의 다층은 기울어진 Weyl 원뿔을 갖는 유형 II 토폴로지 Weyl 반금속으로 밝혀졌습니다8, 압력에 의한 초전도성9, 비정상적이고 거대한 자기 저항 효과10, 극도로 높은 이동성11, 저에너지 광 흡수12를 나타냅니다.

평면 내 쌍곡선 물질은 유전율 텐서의 두 평면 내 주요 구성 요소의 실제 부분이 반대 부호를 갖도록 매우 이방성 유전율 텐서를 보유합니다. 이는 한 방향에서는 양의 유전율을 갖는 유전체처럼 행동하고 다른 방향에서는 음의 유전율을 갖는 금속 특성을 드러낸다는 것을 의미합니다. 이러한 재료는 화학적 도핑, 게이팅 및 변형14 또는 온도15를 통한 조정 가능성을 고려하면 더욱 주목할 만합니다. 이방성 2D 물질 중 일부는 쌍곡선 표면 플라즈몬 폴라리톤을 나타낼 것으로 예측되었지만 아직 실험적으로 확인되지 않았습니다. 최근 \(\textrm{T}_{\textrm{d}}\)–\(\textrm{WTe}_2\) 박막은 인트라밴드의 상호 작용으로 인해 면내 이방성을 갖는 반금속으로 보고되었습니다. 및 대역 간 전자 전환8,17,18,19. 즉, 자유 반송파 응답과 대역 간 전환은 모두 본질적인 조정 가능성을 초래하는 이방성의 양을 특성화합니다. 실제로, 쌍곡선 플라즈몬은 특정 주파수 범위(429–632 \(\hbox {cm}^{-1}\))의 박리된 \(\mathrm {WTe_2}\) 박막에서 실현되었습니다. 더욱이 쌍곡선 특성은 온도에 따라 수정될 수 있습니다. 온도가 증가하면 \(\textrm{T}_{\textrm{d}}\)–\(\textrm{WTe}_2\)의 쌍곡선 체계와 광학 응답의 면내 이방성이 변경된다는 것이 입증되었습니다14 . 이는 \(\textrm{T}_{\textrm{d}}\)–\(\textrm{WTe}_2\)가 평면 광전자공학 및 나노포토닉스 응용을 위한 완벽하고 유망한 쌍곡선 재료임을 시사합니다.