Написано AZoNano ] 7 марта 2019

В университете Шеффилда физики обнаружили, что размещение пары атомарно тонких графеноподобных материалов друг над другом изменяет их свойства и дает материал, обладающий уникальными гибридными свойствами. Это последнее открытие открывает путь для разработки нано-устройств следующего поколения, а также материалов.

Это явление происходит без ручного объединения двух атомных слоев или с использованием химической реакции, но происходит путем соединения слоев друг с другом посредством слабого так называемого ван-дер-ваальсового взаимодействия – подобно тому, как липкая лента прикрепляется к плоская поверхность.

В прорывном исследовании, опубликованном в Nature исследователи также обнаружили, что характеристики нового гибридного материала можно точно регулировать путем скручивания двух атомных слоев, сложенных вместе, прокладывая путь для использования этой исключительной степени. свободы для наноразмерного управления наноустройствами и композитными материалами в будущих технологиях.

Концепция укладки слоев из различных материалов для создания так называемых гетероструктур восходит к 1960-м годам – ​​периоду, когда полупроводниковый арсенид галлия изучался для разработки крошечных лазеров, которые широко используются сегодня.

Гетероструктуры очень распространены сегодня и довольно широко используются в полупроводниковом секторе в качестве инструмента для проектирования и управления оптическими и электронными свойствами в устройствах.

В последнее время, в период атомарно тонких двумерных (2D) кристаллов, например, графена, появились новые типы гетероструктур, в которых относительно слабые силы Ван-дер-Ваальса удерживают вместе атомарно тонкие слои.

Новые структуры, названные «гетероструктурами Ван-дер-Ваальса», предоставляют огромные возможности для создания разнообразных инновационных устройств и «мета-материалов», объединяя любое количество атомно тонких слоев. Становятся возможными многие комбинации, к которым иначе нельзя получить доступ в обычных трехмерных (3D) материалах, возможно, обеспечивая доступ к новым неизученным функциональным возможностям оптоэлектронных устройств или экзотическим свойствам материалов.

При анализе исследователями использовались гетероструктуры Ван-дер-Ваальса, созданные из так называемых дихалькогенидов переходных металлов (TMD (широкий класс слоистых материалов)). Эти материалы в их трехмерной объемной форме немного аналогичны графиту, который используется в карандашных выводах, и графен из этого материала был получен как один двумерный атомный углеродный слой.

Команда обнаружила, что когда пара атомно-тонких полупроводниковых TMD интегрируется в одну структуру, их свойства гибридизуются.

Материалы влияют друг на друга и изменяют свойства друг друга, и их следует рассматривать как совершенно новый «мета-материал» с уникальными свойствами – так что один плюс один не дает двух . Мы также находим, что степень такой гибридизации сильно зависит от закрутки между отдельными атомными решетками каждого слоя . Мы обнаруживаем, что при скручивании слоев в гетероструктуре возникает новая надатомная периодичность, называемая муаровой сверхрешеткой . Th e муаровая сверхрешетка с периодом, зависящим от угла закручивания, определяет, как свойства двух полупроводников гибридизуются .

Александр Тартаковский, профессор кафедры физики и астрономии Шеффилдского университета.

В других исследованиях аналогичные эффекты были обнаружены и исследованы в основном в графене, который является "основателем" члена 2D класса материалов. Новое исследование демонстрирует, что другие материалы, особенно полупроводники, такие как TMD, демонстрируют мощную гибридизацию, которая также может регулироваться углом поворота.

По словам исследователей, исследование демонстрирует значительные возможности для разработки новых типов устройств и материалов.

Появляется более сложная картина взаимодействия атомарно тонких материалов в гетероструктурах Ван-дер-Ваальса. Это интересно, так как дает возможность получить доступ к еще более широкому диапазону свойств материала, таких как необычная и настраиваемая на твист электрическая проводимость и оптический отклик, магнетизм и т. Д. Это может и будет использоваться в качестве новых степеней свободы при разработке новых 2D- устройства на основе .

Александр Тартаковский, профессор кафедры физики и астрономии Шеффилдского университета.

Со своей стороны, ученые хотели бы провести больше исследований, чтобы исследовать больше комбинаций материалов, чтобы выяснить точные возможности новейшей техники.

Исследование проводилось в тесной связи с Манчестерским университетом, Национальным институтом материаловедения (Япония), Ульсанским национальным институтом науки и технологии (Республика Корея) и Оксфордским университетом.