Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

De juiste draai en spanning voor grafeen om 1D-moirés te vormen

Evolutie van het energielandschap van gedraaid dubbellaags grafeen als functie van de uitgeoefende spanning. Credit:Fysieke beoordelingsbrieven (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.166402

Onderzoekers van IMDEA Nanociencia hebben een analytische methode ontwikkeld om de vorming van een quasi-perfect 1D-moirépatroon in gedraaid dubbellaags grafeen te verklaren. Het patroon, dat van nature voorkomt in opgestapelde 2D-materialen wanneer er rekkracht wordt uitgeoefend, vertegenwoordigt een reeks kanalen voor elektronen.



Dr. Pierre Pantaleón, onderzoeker bij de Group of Theoretical Modeling bij IMDEA Nanociencia, sprak met groepsleider prof. Paco Guinea over gespannen dubbellaags grafeen, twee lagen grafeen die op elkaar zijn gestapeld en enigszins zijn uitgerekt door een kleine kracht . Pierre, een nauwgezette onderzoeker met een voorliefde voor visuele hulpmiddelen, liet de groep zijn geanimeerde visualisatie van gespannen grafeen zien toen Paco een anomalie opmerkte die aan het toezicht van alle anderen was ontsnapt.

Het blijkt dat wanneer dubbellaags grafeen onder druk komt te staan, de Brillouin-zone (de eenheidscel in de momentumruimte) vervormt en uiteindelijk in één richting instort. Deze vervorming op het instortingspunt veroorzaakte een fout in Pierre's visualisatieprogramma, wat de aanwezigheid van een soort singulariteit suggereerde.

In de natuurkunde vereisen singulariteiten, zoals die welke de onderzoekers observeerden, een zorgvuldige afweging. Ze kunnen erop wijzen dat er iets mis is of aan het verschuiven is, of dat er eenvoudigweg nader onderzoek nodig is. Dr. Andreas Sinner, een theoretisch natuurkundige die momenteel aan de Opole Universiteit in Polen werkt, sloot zich aan bij Paco's onderzoeksgroep en begon samen met Pierre te zoeken naar de oorsprong van deze singulariteit.

Het was de gelijktijdige transformatie in de echte ruimte die werkelijk hun aandacht trok:gespannen grafeen gaf aanleiding tot het ontstaan ​​van bijna perfecte eendimensionale moirépatronen (eendimensionale kanalen) binnen het tweedimensionale materiaal.

Vorming van 1D-moiré in dubbellaags grafeen. Credit:Pierre Pantaleón

Voorheen hadden wetenschappers dergelijke verschijnselen door een microscoop waargenomen en beschouwd als ontwerpfouten zoals dislocaties of vastgekleefde materialen. Zie bijvoorbeeld het werk van McEuen (Cornell University), Mendoza (Rio de Janeiro University) of Zhu (Columbia University).

Maar achter wat artefacten leken, gingen verborgen effecten schuil. Het onderzoeksteam van IMDEA Nanociencia bevestigt dat dit een natuurlijk verschijnsel is binnen hexagonale honingraatroosters, zoals die van grafeen, en vooral plaatsvindt wanneer twee lagen onder een kleine draaihoek worden gestapeld en er spanning wordt uitgeoefend.

De belangrijkste bijdrage van de onderzoekers ligt in hun ontdekking van analytische oplossingen voor de kritische spanning die nodig is om deze eendimensionale kanalen te genereren. Verrassend genoeg is deze oplossing prachtig eenvoudig en berust ze op slechts twee variabelen:de draaihoek en de Poisson-verhouding, een materiaalspecifieke constante. Deze bevindingen brachten hen ertoe één enkele wiskundige formule te creëren om het fenomeen te beschrijven, en deze formule geeft ons informatie over de fysieke oorsprong ervan.

De natuurkunde beschreven in hun werk, nu gepubliceerd in Physical Review Letters , is niet nieuw, maar de verklaring van het fenomeen in zulke eenvoudige bewoordingen – een enkele analytische uitdrukking – is elegant en uniek.

De bevindingen openen de deur naar het ontwikkelen van nieuwe materialen op oppervlakken die deze eendimensionale kanalen kunnen bevatten. Binnen deze kanalen bevinden elektronen zich opgesloten, in tegenstelling tot de vrije beweging die ze vertonen in het standaard 2D-grafeenlandschap. Elektronen binnen deze kanalen vertonen ook een voorkeursbewegingsrichting.

De implicaties van deze ontdekking zijn enorm, met potentiële toepassingen die zich uitstrekken tot andere materialen, zoals dichalcogeniden, die ook kunnen worden uitgebreid tot andere geometrische configuraties.

Meer informatie: Andreas Sinner et al., Strain-Induced Quasi-1D-kanalen in gedraaide Moiré-roosters, Fysieke recensiebrieven (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.166402

Journaalinformatie: Fysieke beoordelingsbrieven

Aangeboden door IMDEA Nanociencia




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe werken Mexicaanse springbonen?
  2. Waarom zijn sommige dieren moeilijker te klonen dan andere?
  3. Een ecologische afweging? Zonne-energie op nutsschaal belemmert bedreigde panters uit Florida
  4. Heeft Kelp veel verschillende cellen?
  5. Een model van een cel-kern maken
  6. Deze vrouwelijke kolibries zijn geëvolueerd om op mannetjes te lijken, blijkbaar om agressie te ontwijken
  7. Gel elektroforese lezen
  8. Parasitaire worm speelt waarschijnlijk een rol bij de achteruitgang van elandpopulaties
  9. Het weer in november is een lastige tijd voor schildpadden

Wetenschap