„Złote zasady” konstruowania mas atomowych

Model zegara pokazuje wyrównanie rotacyjne wskazówki godzinowej (górna hBN), wskazówki minutowej (środkowy grafen) i wskazówki sekundowej (dolna hBN). Połączenie górnego hBN, środkowego grafenu i dolnego hBn skutkuje strukturą supersieci mory na środku zegarka. Źródło: Narodowy Uniwersytet Singapuru

Fizycy opracowali technikę precyzyjnego wyrównywania superfalowych sieci, rewolucjonizując możliwość powstania nowej generacji falistej materii kwantowej.

Fizycy z Narodowego Uniwersytetu w Singapurze (NUS) opracowali technikę precyzyjnego kontrolowania wyrównania superwahających sieci za pomocą zestawu złotych zasad, torując drogę rozwojowi nowej generacji falistej materii kwantowej.

Kraty Supermoiré

Wzory mory powstają, gdy dwie identyczne struktury okresowe nakładają się na siebie ze względnym kątem skręcenia między nimi lub dwie różne struktury okresowe, ale nakładają się na siebie z kątem skręcenia lub bez. Kąt skręcenia to kąt pomiędzy orientacjami kryształów dwóch struktur. Na przykład kiedy grafen Sześciokątny azotek boru (hBN) to materiały z warstwami nałożonymi na siebie, a atomy w obu strukturach nie są idealnie ułożone, co tworzy wzór prążków interferencyjnych, zwany wzorem mory. Prowadzi to do rekonstrukcji elektronicznej.

Wzór mory w grafenie i hBN wykorzystano do stworzenia nowych struktur o egzotycznych właściwościach, takich jak prądy topologiczne i stany motylkowe Hofstadtera. Kiedy dwa wzory mory zostaną ułożone razem, powstaje nowa struktura zwana siecią mory. W porównaniu z tradycyjnymi materiałami jednofalowymi, ta sieć ultrafalowa rozszerza zakres przestrajalnych właściwości materiału, umożliwiając potencjalne wykorzystanie w znacznie szerszym zakresie zastosowań.

Osiągnięcia Wydziału Fizyki Uniwersytetu NUS

Zespół badawczy kierowany przez profesora Arriando z Wydziału Fizyki Narodowego Uniwersytetu w Singapurze opracował technikę i pomyślnie osiągnął kontrolowane wyrównanie supermoiré hBN/grafen/hBN. Technika ta pozwala na precyzyjne ułożenie dwóch wzorów mory, jeden na drugim. W międzyczasie badacze sformułowali także „Złotą Zasadę Trzech”, która wyznacza zasady wykorzystania ich technologii do tworzenia sieci super-ripple.

Wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza.

Artystyczna ilustracja przedstawiająca super-mofferowaną siatkę ze skręconymi kątami (θt i θb) utworzoną pomiędzy grafenem, górną warstwą sześciokątnego azotku boru (T-hBN) i dolną warstwą sześciokątnego azotku boru (B-hBN). Niewielka niewspółosiowość prowadzi do powstania super-moppy wzoru kratki. Źródło: Komunikacja przyrodnicza

Wyzwania i rozwiązania

Istnieją trzy główne wyzwania związane z tworzeniem ultra-molistej siatki grafenowej. Po pierwsze, konwencjonalne ustawienie optyczne w dużej mierze opiera się na prostych krawędziach grafenu, ale znalezienie odpowiedniej płytki grafenowej jest czasochłonne i pracochłonne; Po drugie, nawet jeśli użyta zostanie próbka grafenu o prostych krawędziach, prawdopodobieństwo otrzymania podwójnie wyrównanej siatki mory wynosi 1/8, ze względu na niepewność co do asymetrii krawędzi i symetrii sieci. Po trzecie, chociaż można określić symetrię krawędzi i symetrię sieci, błędy wyrównania są często duże (większe niż 0,5°), ponieważ fizycznie trudno jest ustawić w jednej linii dwa różne materiały siatki.

Dr Junxiong Ho, główny autor artykułu badawczego, powiedział: „Nasza technologia pomaga rozwiązać rzeczywisty problem. Kilku badaczy powiedziało mi, że przetworzenie próbki zajmuje zwykle około tygodnia. Dzięki naszej technologii mogą nie tylko znacznie skrócić czas produkcji, ale także znacznie poprawić wydajność Dokładność próbki.”

artystyczne wizje

Naukowcy początkowo stosują „technikę rotacji o 30 stopni”, aby kontrolować wyrównanie górnych warstw hBN i grafenu. Następnie stosują „technikę inwersji”, aby kontrolować wyrównanie górnych i dolnych warstw hBN. W oparciu o te dwie metody mogą kontrolować symetrię sieci i dostosowywać strukturę pasmową siatki superdługości fali grafenu. Wykazali również, że sąsiadująca krawędź grafitowa może służyć jako wskazówka przy układaniu stosów. W tym badaniu zsyntetyzowali 20 próbek mory z dokładnością lepszą niż 0,2°.

Profesor Arriando powiedział: „Ustaliliśmy trzy złote zasady dotyczące naszej technologii, które mogą pomóc wielu badaczom zajmującym się materiałami dwuwymiarowymi. Oczekuje się, że nasza praca przyniesie korzyści wielu naukowcom pracującym nad innymi silnie skorelowanymi systemami, takimi jak dwuwarstwowy grafen skręcony pod magicznym kątem lub wielowarstwowy grafen ułożony w stos ABC. Mam nadzieję, że dzięki temu udoskonaleniu technicznemu przyspieszy to rozwój nowej generacji materii fal kwantowych.

przyszłe wysiłki

Obecnie zespół badawczy wykorzystuje tę technologię do wytworzenia jednowarstwowej siatki grafenowej o ultradługości fali i zbadania unikalnych właściwości tego układu materiałów. Co więcej, rozszerzają istniejącą technologię na inne układy fizyczne, aby odkryć inne nowe zjawiska kwantowe.

Odniesienie: „Kontrolowane wyrównanie sieci supersieci w podwójnie wyrównanych heterostrukturach grafenu” autorstwa Junxiong Hu, Junyou Tan, Mohamad M. Al Ezzi, Udvas Chattopadhyay, Jian Gou, Yuntian Zheng, Zihao Wang, Jiayu Chen, Reshmi Thottathil, Jiangbo Luo Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Andrew Tae-Shin Wei, Shafik Adam i A. Arriando, 12 lipca 2023 r., dostępne tutaj. Komunikacja przyrodnicza.
doi: 10.1038/s41467-023-39893-5