James Hone(机械工程)和Cory Dean(物理)实验室最近的一项研究展示了一种通过调整二维(2D)材料之间的扭曲角度来调整其特性的新方法。研究人员将单层石墨烯封装在两个氮化硼晶体之间,通过调整两层之间的相对扭曲角度,他们能够制造出多种波纹图案。
凝聚态物理学家和材料科学家对莫尔条纹非常感兴趣,他们利用莫尔条纹来改变或产生新的电子材料性质。这些图案可以通过排列氮化硼(BN,一种绝缘体)和石墨烯(一种半金属)晶体来形成。当这些原子的蜂窝状晶格接近排列时,它们就会形成一个莫尔维尔超晶格,这是一种纳米级的干涉图案,看起来也像蜂巢。这种莫尔纳米超晶格改变了石墨烯中导电电子的量子力学环境,因此可以用来编程观察到的石墨烯电子特性的显著变化。
迄今为止,大多数关于石墨烯-氮化硼体系中波纹超晶格效应的研究都只关注单个界面(考虑石墨烯的上表面或下表面,但不考虑两者)。然而,Hone和Dean去年发表的一项研究表明,在单个设备中,对两个接口之一的完全旋转控制是可能的。
通过设计一种在一个界面上具有持久对齐,在另一个界面上具有可调对齐的设备,哥伦比亚大学的研究小组现在已经能够研究石墨烯层上多个莫尔奈超晶格势的影响。
“我们决定在单个纳米机械装置中研究石墨烯的上下表面,”Hone实验室的博士生Nathan Finney说,他是该论文的共同主要作者,该论文于9月30日在《科学》杂志的网站上发表自然纳米技术现在是11月印刷版的封面故事。“我们有一种预感,通过这样做,我们将能够利用顶部和底部界面共存的莫尔维尔超晶格,将莫尔维尔超晶格的强度提高一倍。”
研究小组发现,从观察到的石墨烯电子特性的显著变化中推断,扭曲层的角度使他们能够控制莫尔纳米超晶格的强度及其整体对称性。
在接近对准的角度处,出现了高度改变的石墨烯带结构,可以观察到共存的非重叠长波莫尔条纹的形成。在完美排列时,石墨烯的电子间隙要么被强烈增强,要么被抑制,这取决于顶部可旋转BN是扭曲0度还是60度。电子间隙的这些变化与两种排列构型的对称性的预期变化相对应——逆对称性在0度处破坏,逆对称性在60度处恢复。
芬尼指出:“这是第一次有人看到在一个设备中共存的超晶格完全依赖于旋转。”“这种对摩尔超晶格的对称性和强度的控制程度可以普遍应用于我们现有的所有二维材料。这项技术使纳米机电传感器能够应用于天文学、医学、搜索和救援等领域。”爱博网站
研究人员现在正在改进扭转各种二维材料单层的能力,以研究诸如超导、拓扑诱导铁磁性和缺乏反演对称性系统中的非线性光学响应等奇异效应。
故事来源:
提供的材料哥伦比亚大学工程与应用科学学院.注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。
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