Lapsuudesta lähtien olemme tottuneet siihen, että kun lisäät yhden omenan toiseen, saat kaksi omenaa. Sama asia tapahtuu lyijykynien, kirjoituskoneiden ja ilmapallojen kanssa. Ja fysiikassa tämä ei välttämättä ole tilanne. Jos tuot kaksi monoatomisen paksuuden kalvoa, kuten grafeeni, riittävän lähellä pieni etäisyys, saat uuden materiaalin.
Tässä tapauksessa meillä on edelleen kaksi erillistä esinettä, jotka periaatteessa voidaan vetää takaisin. Niiden välinen vuorovaikutus johtuu van der Waals -voimista - suhteellisen heikosta interatomisesta sähkömagneettisesta vuorovaikutuksesta. Tuloksena on uusi materiaali (heterostruktuuri), jonka ominaisuuksia ei määrätä niinkään sen kemiallinen koostumus vaan kerrosten järjestely. Kaksi (tai useampaa) kerrosta kalvo voidaan taivuttaa ja kiertää - ja tämä johtaa myös muutokseen sen fysikaalisissa ominaisuuksissa.
Samanlaisia kokeita on tehty grafeeniin monien vuosien ajan, mutta grafeeni ei tässä tapauksessa ole kovin mielenkiintoinen. Olemme tottuneet olosuhteisiin, että siinä ei ole kiellettyä aukkoa, joka muuttaa aineen puolijohteeksi; sen luomiseksi vaaditaan erityisiä ponnisteluja. Mutta on myös muita materiaaleja.
Tässä tapauksessa Sheffieldin yliopiston (Iso-Britannia) tutkijat käyttivät van der Waals -heterosrakenteita, jotka oli valmistettu siirtymämetallidikalokogenideista. Pieni poikkeama on tässä sopiva. Kalkogeenit ovat jaksollisen taulukon 16. ryhmän kemialliset elementit: pylväs, joka alkaa happea ja rikkiä ylhäältä ja päättyy radioaktiiviseen maksamoriumiin. Siirtymämetalleja on monia, arjessa tunnemme parhaiten kuparin, molybdeenin ja sinkin.
Tutkijat kokosivat "voileivän" kerroksia molybdeenidilenidiä (MoSe2) ja volframidisulfaattia (WS2). Tuloksena olevan materiaalin johtavuus muuttui ajoittain samalla tavalla kuin moiré-vaikutus ilmenee kahdessa taitetussa tylliverhossa.
Kuten Sheffieldin yliopiston professori Alexander Tartakovsky totesi, materiaalit vaikuttavat toisiinsa ja muuttavat toistensa ominaisuuksia, ja niitä tulisi pitää kokonaan uutena metamateriaalina, jolla on ainutlaatuiset ominaisuudet, joten yksi plus yksi ei anna kahta. Tutkijat havaitsivat myös, että hybridisaatioaste on suuresti riippuvainen "kerroksen" kiertymisestä, jonka aikana kunkin kerroksen atomihilan välinen etäisyys muuttuu.
"Havaitsimme, että heterostruktuurikerrosten kiertyminen luo uuden atomien supra-ajanjakson, jota kutsutaan moire-superhilaksi", Tartakovsky sanoo. Moire-superhila, jossa on kiertymisestä riippuvainen jakso, määrittelee kuinka kahden puolijohteen ominaisuudet hybridisoituvat."
Professori Tartakovsky lisäsi:”Monimutkaisempi kuva atomiohutten materiaalien vuorovaikutuksesta van der Waalsin heterosrakenteissa. Tämä on mielenkiintoista, koska se antaa pääsyn laajaan valikoimaan materiaalien ominaisuuksia, kuten kiertyvästi viritettävää muuttuvaa johtokykyä, optisia ominaisuuksia, magneettisuutta jne. Tätä voidaan käyttää uusiin vapauden asteisiin kehitettäessä kaksiulotteisiin materiaaleihin perustuvia laitteita."
Mainosvideo:
Voit lukea yksityiskohdat artikkelissa, joka julkaistiin Nature-lehdessä.
Sergey Sysoev