Tailoring electronic and photonic properties of van der Waals semiconductor heterostructures

定制范德华半导体异质结构的电子和光子特性

基本信息

  • 批准号:
    1808751
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-07-01 至 2021-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nontechnical description: The ability to tailor materials at the nanoscale has been a key enabler for many technology breakthroughs, exemplified by the continuing development of semiconductors for computing and information technologies. Over the last few years, a new class of electronic materials has emerged - atomic crystals with a thicknesses of only one or a few atoms, known as two-dimensional materials. These materials systems provide a new platform for electronic and photonic devices. One interesting approach to investigating the nature of these materials is by stacking various types of them to form new hybrid layered materials. The electronic properties of the resulting stacks are governed by electrical forces and interactions between the various layers. This research explores the controlling factors that determine the interlayer interactions. Findings from this study are used to achieve rational design of stacks with desirable electronic and optical properties, which may be suitable for new types of optoelectronic devices. Educationally, a special topic course work is designed to introduce this new frontier of materials research to graduate and undergraduate students. In addition, a laboratory-based discovery process is designed to reach out to high school students through a summer internship program.Technical description: The introduction of semiconductor heterostructures enabled many novel designs of electronics and photonics, leading to transformative semiconductor technologies. The recent emergence of atomically thin crystalline two-dimensional (2D) semiconductors creates exciting new opportunities for pushing semiconductor heterostructures towards a new frontier. In particular, vertically stacked van der Waals (vdW) heterostructures were quickly recognized as a powerful platform for creating atomically thin heterostructures with great design flexibility. A central scientific issue is the role of interlayer coupling, which can alter the electronic structures of each vdW layer individually, and the stack as a whole. This project systematically investigates how interlayer atomic alignment impacts the electronic structure of vdW heterostructures. Moreover, using interlayer coupling as the design parameter, the research creates a sequence of 2D electronic superlattices with novel electronic and photonic properties. Scientifically, activities provide researchers in the field with important design parameters to tailor the electronic and photonic structures of vdW heterostructures. Technologically, the new generation of electronic and photonic materials and devices driven by this new line of research have important applications that benefit society. Educationally, graduate students trained through this study gain a broad scientific perspective. Through the design of a special course, the PI continues to enhance campus-wide graduate/undergraduate education in nanoscience and nanotechnology. The research also enables broadening participation of students from underrepresented groups.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术描述:量身定制纳米级材料的能力一直是许多技术突破的关键推动力,这是通过持续开发用于计算和信息技术的半导体开发的例子。在过去的几年中,出现了一类新的电子材料 - 原子晶体的厚度仅为一个或几个原子,称为二维材料。 这些材料系统为电子和光子设备提供了一个新的平台。研究这些材料性质的一种有趣的方法是堆叠各种类型的材料以形成新的混合分层材料。所得堆栈的电子特性受电力和各个层之间的相互作用的控制。这项研究探讨了决定层间相互作用的控制因素。这项研究的发现用于实现具有理想的电子和光学特性的堆栈的合理设计,这可能适用于新型的光电设备。 在教育上,特殊的主题课程旨在介绍这项新的材料研究领域,以研究研究生和本科生。此外,基于实验室的发现过程旨在通过暑期实习计划与高中生接触。技术描述:引入半导体异质结构,使许多电子和光子学的新型设计实现了变革性的半导体技术。最近出现的原子薄层二维(2D)半导体的出现为将半导体异质结构推向新的边界创造了令人兴奋的新机会。 特别是,垂直堆叠的范德华(VDW)异质结构很快被公认为是创建具有良好设计灵活性的原子较薄的异质结构的强大平台。 一个中心科学问题是层间耦合的作用,可以单独改变每个VDW层的电子结构,而整个堆栈。 该项目系统地研究了层间原子对齐方式如何影响VDW异质结构的电子结构。此外,使用层间耦合作为设计参数,该研究创建了具有新型电子和光子性能的2D电子超级晶格的序列。从科学上讲,活动为该领域的研究人员提供了重要的设计参数,以量身定制VDW异质结构的电子和光子结构。从技术上讲,由这一新研究驱动的新一代电子和光子材料以及设备具有使社会受益的重要应用。在教育上,通过这项研究培训的研究生获得了广泛的科学观点。通过设计特殊课程,PI继续增强纳米科学和纳米技术的校园范围内/本科教育。该研究还可以扩大代表性不足的小组的学生的参与。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛影响的审查标准来评估值得支持的。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Critical role of parallel momentum in quantum well state couplings in multi-stacked nanofilms: An angle resolved photoemission study
平行动量在多层纳米薄膜量子阱态耦合中的关键作用:角分辨光电子研究
  • DOI:
    10.1063/5.0022706
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Lee, Woojoo;Pan, Chi-Ruei;Nam, Hyoungdo;Chou, Mei-Yin;Shih, Chih-Kang
  • 通讯作者:
    Shih, Chih-Kang
PTCDA Molecular Monolayer on Pb Thin Films: An Unusual π -Electron Kondo System and Its Interplay with a Quantum-Confined Superconductor
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  • DOI:
    10.1103/physrevlett.127.186805
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Lu, Shuangzan;Nam, Hyoungdo;Xiao, Penghao;Liu, Mengke;Guo, Yanping;Bai, Yusong;Cheng, Zhengbo;Deng, Jinghao;Li, Yanxing;Zhou, Haitao
  • 通讯作者:
    Zhou, Haitao
Tailoring excitonic states of van der Waals bilayers through stacking configuration, band alignment, and valley spin
  • DOI:
    10.1126/sciadv.aax7407
  • 发表时间:
    2019-12-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Hsu, Wei-Ting;Lin, Bo-Han;Shih, Chih-Kang
  • 通讯作者:
    Shih, Chih-Kang
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  • 通讯作者:
    Shangjr Gwo

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