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Ingénierie

Campo eléctrico Control de Estados electrónicos en WS2 nanodispositivos de electrolito que bloquean

Published: April 12, 2018
doi:
10.3791/56862
, , , , , , ,
1Quantum-Phase Electronics Center (QPEC) and Department of Applied Physics,The University of Tokyo, 2Materials Sciences Division,Lawrence Berkeley National Laboratory, 3Institute of Scientific and Industrial Research,Osaka University, 4Max Planck Institute for Solid State Research, 5RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)

Summary

Aquí, presentamos un protocolo para controlar el número de portador en sólidos mediante el electrolito.

Abstract

Se demuestra un método de control número de portador por electrolito gating. Hemos obtenido WS2 escamas finas con plano atómico mediante el método de cinta scotch o individuales WS2 nanotubos por dispersión de la suspensión de WS2 nanotubos. Las muestras seleccionadas han sido fabricadas en los dispositivos por el uso de la litografía por haz de electrones y electrolitos se ponen en los dispositivos. Se han caracterizado las propiedades electrónicas de los dispositivos aplicando el voltaje de la puerta. En la región de tensión de puerta pequeña, los iones en el electrolito se acumulan en la superficie de las muestras que lleva al gran eléctrica potencial gota resultante electrostático portador y dopaje en la interfaz. Curva de transferencia ambipolar se ha observado en esta región de dopaje electrostática. Cuando más se incrementa el voltaje de la puerta, nos encontramos con otro aumento drástico de la corriente de desagüe de la fuente que implica que los iones se intercalan en capas de WS2 y electroquímica portador del dopaje se realiza. En tal región dopaje electroquímica, se ha observado superconductividad. La técnica enfocada proporciona una potente estrategia para lograr la transición de fase cuántica eléctrico-presentado-inducida.

Introduction

Control del número de operador es la técnica clave para la realización de la transición de fase cuántica de sólidos1. En el transistor de efecto de campo convencionales (FET), se logra por medio de la puerta sólida1,2. En dicho dispositivo, gradiente potencial eléctrico es uniforme a lo largo de los materiales dieléctricos para que ese número de operador inducido en la interfaz se limita, se muestra en la Figura 1a.

Por otra parte, podemos conseguir la mayor densidad del portador en la interfaz o a granel mediante la sustitución de los materiales dieléctricos sólidos con líquidos/geles iónicos o polímero electrolitos3,4,5,6, 7,8,9,10,11 (Figura 1b). En la electrostática dopaje por uso del líquido iónico, estructura de transistor (EDLT) de doble capa eléctrica se forma en la interfase entre líquido iónico y de la muestra, generando campo eléctrico fuerte (> 0.5 V/Å) incluso en baja tensión diagonal. Densidad resultante portador (> 10 cm de14 -2) indujo a la causa de13 interfaz10,12,la novela electrónica propiedades o quantum transición de fase como ferromagnetism inducida por campo eléctrico14, bloqueo de Coulomb15, transporte ambipolar16,17,18,19,20, 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27, formación de ensambladura del p-n y resultante electroluminance28,29,30, modulación de grandes poderes termoeléctricos31,32, onda de la densidad de la carga y Transiciones de Mott33,34,35, y36,37 incluyendo superconductividad inducida por campo eléctrico9 la transición metal aislante inducida por campo eléctrico ,10,11,38,39,40,41,42,43,44 ,45,46,47,48,49.

En el electrolito sincronización (figura 1C), los iones no sólo se acumulan en la interfase que forma EDLT, pero pueden ser también intercalados en capas de dos dimensiones materiales por difusión térmica sin dañar muestra bajo aplicando el voltaje de la puerta grande, llevando a la electroquímica dopaje8,9,11,34,38,50,51,52,53 . Así, podemos cambiar drásticamente el número de portador en comparación con el transistor del efecto de campo convencionales usando la puerta sólida. En particular, la superconductividad inducida por campo eléctrico9,11,34,38,50 se realiza por el uso de electrolitos gating en región de grandes portador número donde nosotros no podemos acceder al método bloquea sólido convencional.

En este artículo, presentamos esta técnica única de control número de portador en sólidos y resumen el funcionamiento del transistor y superconductividad inducida por campo eléctrico en semiconductores WS2 muestras como escamas de2 WS WS2 los nanotubos54,55,56,57.

Protocol

1. dispersión de WS 2 nanotubos (NTs) en el substrato Dispersar los polvos2 NT WS en alcohol isopropílico (IPA, concentración de más del 99,8%) con proporción adecuada diluido (aproximadamente 0.1 mg/mL) por sonicación durante 20 minutos.Nota: La sonicación durante mucho tiempo ayuda a hacer WS2 NTs uniformemente suspendidos en líquido de la IPA y a WS individuales bien formado separado2 NTs de amorfo WS2 u otros desperdicios, así como para eli…

Representative Results

Las operaciones de transistor típico de un individuo WS2 NT y un dispositivos WS2 escama se muestran en la figura 3a y 3b, respectivamente, donde la fuente de drenaje actual (DS) como una función de la tensión de puerta (V G) funciona muy bien en un modo ambipolar, mostrando un notable contraste con la respuesta puerta unipolar FET cerrada sólido convencional en anterior publi…

Discussion

En WS2 NTs y en escamas, con éxito hemos controlado las propiedades eléctricas de electrostática o electro químico portador dopaje.

En electrostática región dopaje, operación de transistor ambipolar ha observado. Tal curva de transferencia ambipolar con una alta proporción de encendido-apagado (> 102) observado en sesgo baja tensión indica al transportista efectivo dopaje en la interfaz de la técnica de bloquea de electrolito para ajustar el nivel de Fermi de es…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Reconocemos que los siguientes financieros apoyan; Subvenciones para promovieron especialmente investigación (Nº 25000003) de JSP, subvenciones para investigación actividad puesta en marcha (No.15H06133) y difícil investigación (exploratorio) (no. JP17K18748) de MEXT de Japón.

Materials

Sonication machine SND Co., Ltd. US-2 http://www.senjyou.jp/
Spin-coater machine ACTIVE Co.,Ltd. ACT-300AII http://www.acti-ve.co.jp/spincoater/standard/act300a2.html
Hot-plate TAIYO HP131224 http://www.taiyo-kabu.co.jp/products/detail.php?product_id=431
Optical Microscopy OLYMPUS BX51 https://www.olympus-ims.com/ja/microscope/bx51p/
Electron Beam Lithography machine ELIONIX INC. ELS-7500I https://www.elionix.co.jp/index.html
Scribing machine TOKYO SEIMITSU CO., LTD. A-WS-100A http://www.accretech.jp/english/product/semicon/wms/aws100s.html
Wire-bonding machine WEST·BOND  7476D-79 https://www.hisol.jp/products/bonder/wire/mgb/b.html
Physical Properties Measurement System Quantum Design PPMS http://www.qdusa.com/products/ppms.html
Lock-in amplifier Stanford Research Systems SRS830 http://www.thinksrs.com/products/SR810830.htm
Source meter Textronix KEITHLEY 2612A http://www.tek.com/keithley-source-measure-units/smu-2600b-series-sourcemeter
KClO4 Sigma-Aldrich 241830 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigald/241830?lang=ja&region=JP
PEG WAKO 168-09075 http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspCode=W01W0116-0907
IPA WAKO 169-28121 http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspWkfcode=169-28121
MIBK WAKO 131-05645 http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspCode=W01W0113-0564
PMMA MicroChem PMMA http://microchem.com/Prod-PMMA.htm
Acetone WAKO 012-26821 http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspWkfcode=012-26821
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Keywords: Electric-field ControlElectronic StatesWS2 NanodevicesElectrolyte GatingQuantum Phase TransitionsElectric-field-induced SuperconductivityTungsten Disulfide NanotubesTungsten Disulfide FlakesPMMA CoatingSpin-coating
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Qin, F., Ideue, T., Shi, W., Zhang, Y., Suzuki, R., Yoshida, M., Saito, Y., Iwasa, Y. Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating. J. Vis. Exp. (134), e56862, doi:10.3791/56862 (2018).
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