Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Onderzoekers geven een nieuwe draai aan grafiet

Het team, waartoe ook onderzoekers van de Universiteit van Osaka en het National Institute for Materials Science in Japan behoren, heeft een aanpak aangepast die vaak wordt gebruikt om de eigenschappen van 2D-materialen te onderzoeken en te manipuleren:2D-vellen op elkaar stapelen onder een kleine draaihoek. Yankowitz en zijn collega's plaatsten een enkele laag grafeen bovenop een dun, bulk grafietkristal en introduceerden vervolgens een draaihoek van ongeveer 1 graad tussen grafiet en grafeen. Ze ontdekten nieuwe en onverwachte elektrische eigenschappen, niet alleen op het verdraaide grensvlak, maar ook diep in het bulkgrafiet.

De draaihoek is van cruciaal belang voor het genereren van deze eigenschappen, zei Yankowitz, die ook lid is van de faculteit van het UW Clean Energy Institute en het UW Institute for Nano-Engineered Systems. Een draaihoek tussen 2D-platen, zoals twee lagen grafeen, creëert een zogenaamd moiré-patroon, dat de stroom van geladen deeltjes zoals elektronen verandert en exotische eigenschappen in het materiaal induceert.

In de door UW geleide experimenten met grafiet en grafeen veroorzaakte de draaihoek ook een moirépatroon, met verrassende resultaten. Hoewel slechts één vel grafeen bovenop het bulkkristal verdraaid was, ontdekten onderzoekers dat de elektrische eigenschappen van het hele materiaal aanzienlijk verschilden van die van typisch grafiet. En toen ze een magnetisch veld aanzetten, namen elektronen diep in het grafietkristal ongebruikelijke eigenschappen aan, vergelijkbaar met die van elektronen op het gedraaide grensvlak.

In wezen raakte het enkelvoudig gedraaide grensvlak tussen grafeen en grafiet onlosmakelijk vermengd met de rest van het bulkgrafiet.

"Hoewel we het moiré-patroon alleen aan het oppervlak van het grafiet genereerden, vloeiden de resulterende eigenschappen door het hele kristal", zegt co-hoofdauteur Dacen Waters, een postdoctoraal onderzoeker in de natuurkunde aan de UW.

Voor 2D-vellen genereren moirépatronen eigenschappen die nuttig kunnen zijn voor kwantumcomputers en andere toepassingen. Het induceren van vergelijkbare verschijnselen in 3D-materialen ontsluit nieuwe benaderingen voor het bestuderen van ongebruikelijke en exotische toestanden van materie en hoe deze uit het laboratorium naar ons dagelijks leven kunnen worden gebracht.

"Het hele kristal neemt deze 2D-toestand aan", zegt co-hoofdauteur Ellis Thompson, een UW-doctoraatsstudent natuurkunde. "Dit is een fundamenteel nieuwe manier om het elektronengedrag in bulkmateriaal te beïnvloeden."

Yankowitz en zijn team geloven dat hun benadering van het genereren van een draaihoek tussen grafeen en een bulkgrafietkristal kan worden gebruikt om 2D-3D-hybriden van zijn zustermaterialen te creëren, waaronder wolfraamditelluride en zirkoniumpentatelluride. Dit zou een nieuwe benadering kunnen ontsluiten voor het opnieuw ontwerpen van de eigenschappen van conventionele bulkmaterialen met behulp van een enkele 2D-interface.

"Deze methode zou een heel rijke speeltuin kunnen worden voor het bestuderen van opwindende nieuwe fysieke verschijnselen in materialen met gemengde 2D- en 3D-eigenschappen", zegt Yankowitz.

Meer informatie: Matthew Yankowitz, Gemengd-dimensionale moiré-systemen van gedraaide dunne grafietfilms, Natuur (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06290-3. www.nature.com/articles/s41586-023-06290-3

Journaalinformatie: Natuur

Aangeboden door Universiteit van Washington




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Convergente evolutie:wanneer een goed idee tussen soorten beweegt
  2. Osmose: definitie, proces, voorbeelden
  3. Een grotere rijkdom aan plantensoorten is misschien niet voldoende om ecosystemen te beschermen tegen de ergste gevolgen van klimaatextremen
  4. Het menselijk brein is bedraad voor poëzie
  5. Wetenschapsprojecten: een skelet maken
  6. RNA-ontdekking kan de plantwarmte helpen verhogen, droogtetolerantie
  7. Hoe krijgt bloed zuurstof?
  8. Wat zijn de functies van een levercel?
  9. Inktvissen horen boeggolf van dreigend gevaar

Wetenschap