沃里克大学 由聚焦在二维半导体器件上的光束射出的电子被收集和分析，以确定当在电极之间施加电压时，材料中的电子结构如何变化
信用:尼尔森杨/尼克海恩/保罗阮/大卫科布登 科学家们第一次在微电子器件中看到了电子结构，为微调高性能电子器件开辟了机会
华威大学和华盛顿大学的物理学家开发了一种技术，可以测量由原子级薄的所谓二维材料制成的微电子器件中电子的能量和动量
利用这些信息，他们可以创建材料的电学和光学特性的可视化表示，以指导工程师最大限度地发挥他们在电子元件方面的潜力
这项实验主导的研究发表在今天(7月17日)的《自然》杂志上，也可能有助于为二维半导体铺平道路，这种半导体可能在下一代电子产品中发挥作用，如光伏、移动设备和量子计算机等应用
材料的电子结构描述了电子在该材料中的行为，因此也描述了流经该材料的电流的性质
这种行为会随着施加在材料上的电压——电子上的“压力”大小——而变化，因此电子结构随电压的变化决定了微电子电路的效率
操作设备中电子结构的这些变化是所有现代电子技术的基础
然而，直到现在，还没有办法直接看到这些变化来帮助我们理解它们如何影响电子的行为
通过应用这一技术，科学家将获得开发“微调”电子元件所需的信息，这些元件可以更高效地工作，以更低的功耗实现高性能
它还将有助于开发二维半导体，这种半导体被视为下一代电子器件的潜在组件，应用于柔性电子、光伏和自旋电子学
与今天的三维半导体不同，二维半导体仅由几层原子组成
医生
沃里克大学物理系的尼尔·威尔逊说:“电子结构如何随电压变化决定了电脑或电视中晶体管的工作方式
我们第一次直接看到这些变化
看不到电压的变化是一个很大的缺失环节
这项工作处于基础阶段，是理解材料及其背后的科学的一大步
“对材料的新见解帮助我们理解了这些半导体的带隙，这是影响它们行为的最重要参数，从它们发射的光的波长，到它们如何在晶体管中转换电流
" 该技术使用角度分辨光电发射光谱技术来“激发”所选材料中的电子
通过将一束紫外线或x光聚焦在某个局部区域的原子上，受激发的电子就会从原子中被激发出来
然后，科学家可以测量电子的能量和运动方向，从而计算出它们在材料中的能量和动量(使用能量和动量守恒定律)
这决定了材料的电子结构，然后可以与基于最先进的电子结构计算的理论预测进行比较
尼古拉斯·海恩
该团队首先用石墨烯测试了这项技术，然后将它应用于二维过渡金属双金属半导体
这些测量是在意大利ELETTRA同步加速器的光谱显微镜光束线上进行的
阿列克谢·巴里诺夫和他的团队
医生
华盛顿大学物理系教授大卫·科布登说:“过去，了解电子在运行的半导体器件中做什么的唯一方法是将其电流-电压特性与复杂的模型进行比较
现在，由于最近的进步，使得ARPES技术可以应用于微小的点，结合二维材料的出现，电子作用可以直接在表面上，我们可以直接测量电子光谱的细节，并看到它如何实时变化
这改变了游戏
" 医生
来自华盛顿大学物理系和材料科学与工程系的徐晓东说:“这种强大的光谱学技术将为研究基础现象提供新的机会，例如电可调拓扑相变的可视化和相关电子相的掺杂效应，否则这些都是具有挑战性的
"
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