_ Deblocarea fizicii exotice: explorarea grafenului benzi topologice în structuri super-moiré

Într-un nou studiu, oamenii de știință din Singapore și Spania au prezentat o nouă cale de explorare a fizicii exotice în grafen. Aceștia se concentrează pe interacțiunile electronice din grafen atunci când acesta este inclus într-o structură cu trei straturi care oferă o platformă pentru a exploata configurații unice de bandă electronică.

Grafenul este o foaie 2D de atomi de carbon aranjați într-o rețea hexagonală (aranjament). ) care demonstrează proprietăți precum conductivitate electrică ridicată, rezistență mecanică și flexibilitate. Acest lucru a atras interesul oamenilor de știință ca un candidat promițător pentru aplicații electronice.

Cu toate acestea, foarte puține au fost studiate despre proprietățile electronice ale grafenului monostrat.

În aceste noi scrisori de revizuire fizică Studiul, cercetătorii s-au concentrat pe studierea acestor proprietăți prin intercalarea grafenului între două straturi de nitrură de bor în vrac.

Lucrarea a făcut parte din primul autor, doctoratul lui Mohammed M. Al Ezzi. la Universitatea Națională din Singapore (NUS), care lucrează acum ca post-doctorat sub Prof. Shaffique Adam la NUS.

În știința materialelor, diferite straturi de materiale sunt stivuite unul peste altul pentru a creați o nouă structură cunoscută sub numele de structură moiré. Aceste straturi sunt aliniate greșit, ducând la formarea unui model moiré.

Aceste straturi interacționează între ele prin diferite forțe, în acest caz, prin forțele van der Waal. Acest lucru duce la variații ale energiei potențiale experimentate de electronul din material (grafen sau nitrură de bor), cunoscut sub numele de potențial moiré.

Deci, potențialul moiré apare din interferența dintre aranjamentele atomice ale două materiale, rezultând o modulare periodică a energiei potențiale în stratul de grafen.

Acest potențial moiré joacă un rol crucial în influențarea proprietăților electronice ale materialului și poate duce la apariția unor fenomene unice, cum ar fi benzi plate și stări topologice.

Cercetătorii propun o structură cu trei straturi, cu stratul de grafen în mijloc pentru a induce benzi topologice. Structura rezultată este cunoscută sub denumirea de structură super-moiré.

Se numește structură super-moiré deoarece există două structuri moiré distincte, din partea de sus și de jos a substraturilor cu nitrură de bor. Acest lucru dă naștere la o fizică exotică, adică la fizică neconvențională.

Prof. Adam a explicat: „Prin situarea grafenului între substraturile cu nitrură de bor și ajustând alinierea la unghiuri de răsucire specifice, putem induce benzi plate topologice în spectrul de energie al grafenului. Aceste benzi plate, la rândul lor, găzduiesc probabil stări robuste de electroni puternic corelate.”

Benzile topologice sunt o stare electronică unică într-un material care are proprietăți speciale datorită structurii sale neobișnuite. Ele reprezintă o abatere de la stările electronice convenționale, cum ar fi conductorii sau izolatorii.

Pentru munca lor, cercetătorii au specificat unghiuri de răsucire de 0 grade pentru stratul inferior de nitrură de bor și aproximativ 0,6 grade pentru stratul superior de nitrură de bor. Aceste unghiuri reprezintă cantitatea de rotație aplicată straturilor în raport cu orientările lor originale.

Modelul cercetătorilor pentru structura cu trei straturi a arătat existența unei benzi plane topologice ca urmare a potențialului moiré.

Aceste benzi plate reprezintă niveluri de energie plate, ceea ce înseamnă că energia electronilor din aceste benzi nu se schimbă mult pe măsură ce variază impulsul lor (gândiți-vă la asta ca mergând pe un platou).

Întrebarea care se pune acum este: Care este semnificația acestor benzi plate topologice?

Existența acestor benzi plate este o proprietate unică și poate fi folosită pentru a valorifica diferite proprietăți electronice și, prin urmare, aplicații electronice unice .

De exemplu, izolatorii topologici se comportă ca izolatori în volumul lor, dar conduc electricitatea de-a lungul suprafeței sau marginilor lor.

Cercetătorii cred că aceste benzi topologice plate pentru grafenul monostrat ar putea da naștere unei fizice corelate. , în care electronii se comportă ca o unitate colectivă (prin interacțiuni coulombice), dând naștere unor stări electronice noi, precum supraconductivitate, magnetism și faze izolatoare.

Prof. Adam a explicat: „Diferitele sisteme moiré realizate din mai multe foi de grafen monostrat au arătat apariția fizicii corelate și a benzilor plate. Cu toate acestea, în prezent nu există o înțelegere unificată a apariției benzilor plate și a fizicii corelate în aceste sisteme diferite de moiré.”

„O modalitate de a avea o înțelegere unificată a apariției benzilor plate și a fizicii corelate în toate diferitele sisteme moiré pe bază de grafen este de a studia benzile plate într-o singură foaie monostrat. Studierea unui singur grafen monostrat ne poate spune ingredientele minime pentru a arăta benzi plate și faze corelate.”

Cercetătorii au demonstrat, de asemenea, generalizarea extinzându-și descoperirile la configurația cu două straturi și trei straturi de grafen, arătând potențialul de supraconductivitate.

Au arătat în continuare. că aceste benzi topologice plate au fost extrem de stabile, indicând robustețea și fiabilitatea lor pentru susținerea fizicii corelate.

Există câteva alte metode de a induce aceste interacțiuni electronice puternice care dau naștere la fizica corelată. Dar, unele dintre ele pot afecta calitatea grafenului în sine.

„O metodă comună de a induce interacțiuni puternice cu electroni în grafen implică deformarea mecanică. Cu toate acestea, această abordare compromite adesea calitatea grafenului și pune provocări în control. „

„Metoda noastră promovează interacțiuni electronice mai puternice prin inducerea de benzi plate, păstrând în același timp proprietățile intrinseci de înaltă calitate ale grafenului”, a spus prof. Adam.

Cercetătorii sunt deja implicați cu o companie numită FLEET care dezvoltă tranzistori topologici și speră că munca lor cu benzi plate topologice poate ajuta la realizarea de noi dispozitive.

Descoperirile sunt interesante pentru dezvoltarea unor noi electronice bazate pe grafen și, de asemenea, pentru înțelegerea fizicii materiei condensate. și fizică exotică.

© 2024 Science X Network

(Fluierul)