Een team van onderzoekers van het National Graphene Institute, hebben aangetoond dat atomaire roosters van licht gedraaide 2-D overgangsmetaal dichalcogeniden uitgebreide roosterreconstructie ondergaan, die hun opto-elektronische eigenschappen op nanometerschaal kunnen vormen.

Sinds de isolatie van grafeen in 2004, onderzoekers hebben een veelheid aan 2D-materialen geïdentificeerd, elk met specifieke en vaak spannende eigenschappen.

Belangrijker, deze atomair dunne kristallen kunnen op elkaar worden gestapeld, vergelijkbaar met het stapelen van Legoblokjes, om kunstmatige materialen met gewenste eigenschappen te creëren, zogenaamde heterostructuren.

De onderlinge rotatie van aangrenzende kristallen in dergelijke heterostructuren, of draai, speelt een belangrijke rol in hun resulterende eigenschappen, maar tot nu toe waren deze studies grotendeels beperkt tot grafeen en hexagonaal boornitride.

In het rapport, gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , het team heeft beschreven dat voor kleine draaihoeken atoomroosters van overgangsmetaaldichalcogeniden zich lokaal aanpassen om perfect gestapelde dubbellaagse eilanden te vormen, gescheiden door korrelgrenzen die de resulterende spanning accumuleert. Met behulp van atomaire resolutie transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) hebben ze aangetoond dat het stapelen van de twee monolagen bijna parallel aan elkaar (draaihoek dicht bij 0 °) en anti-parallel (draaihoek dicht bij 180 °) opvallend verschillende periodieke domeinpatronen produceert.

De elektronische eigenschappen van 2D-materialen zullen naar verwachting afhangen van de lokale atomaire stapelconfiguratie en dergelijke periodieke domeinnetwerken kunnen een weg openen naar patroonmateriaaleigenschappen met nanometerprecisie. Daartoe, het team heeft ontdekt dat het domein in bijna parallelle dubbellagen intrinsieke asymmetrie van elektronische golffuncties vertoont die voorheen ongezien waren in andere 2D-materialen.

In antiparallelle dubbellagen, de resulterende domeinstructuur produceert sterke piëzo-elektrische texturen gedetecteerd door geleidende atoomkrachtmicroscoop, die de beweging van elektronen zal regelen, gaten en excitonen in dit systeem.

Dit werk laat zien dat de "twist"-graad van vrijheid in heterostructuurontwerp de creatie van nieuwe opwindende kwantumsystemen mogelijk maakt, zoals regelbare periodieke arrays van kwantumdots en enkele foton-emitters.

Astrid Weston, die het artikel schreef, zei:"Een fundamenteel begrip van de evolutie van de kristalstructuur in gedraaide overgangsmetaaldichalcogeniden is van cruciaal belang voor de studie van hun opwindende elektronische en optische eigenschappen en ontbrak in het veld."

Dr. Roman Gorbatsjov, die het team leidde, zei:"De draai zal een baanbrekende impact hebben op het gebied van 2D-materialen, en ons werk is een belangrijke mijlpaal op dit pad."