انباشتن لایه‌های مواد دو بعدی روی هم و تغییر زاویه پیچش بین آن‌ها، خواص الکترونیکی آن‌ها را به شدت تغییر می‌دهد. ترفند این است که زاویه پیچش را درست به دست آورید و بدانید چه زمانی این کار را انجام داده اید. اکنون محققان در چین تکنیکی را توسعه داده اند که به بخش دوم این چالش کمک می کند. این تکنیک جدید با اجازه دادن به دانشمندان برای تجسم مستقیم تغییرات در زوایای پیچش محلی، ساختار الکترونیکی مواد پیچ ​​خورده را روشن می کند و توسعه دستگاه هایی را که از خواص آنها استفاده می کنند سرعت می بخشد.

گرافن (شکل دوبعدی کربن با ضخامت فقط یک اتم) شکاف نوار الکترونیکی ندارد. همچنین یک جفت لایه گرافن که روی هم چیده شده اند. با این حال، اگر یک ماده دو بعدی دیگر به نام نیترید بور شش ضلعی (hBN) را به پشته اضافه کنید، یک شکاف نواری ظاهر می شود. این به این دلیل است که ثابت شبکه hBN - معیاری از نحوه چیدمان اتم‌های آن - تقریباً مشابه ثابت شبکه گرافن است، اما دقیقاً نیست. لایه‌های کمی ناهماهنگ گرافن و hBN ساختار بزرگ‌تری را تشکیل می‌دهند که به عنوان ابرشبکه موآره شناخته می‌شود و برهم‌کنش‌های بین اتم‌های مجاور در این ابرشبکه باعث ایجاد شکاف می‌شود. اگر لایه‌ها به‌گونه‌ای پیچیده شوند که بیشتر به هم نخورند، برهمکنش‌های شبکه ضعیف می‌شوند و شکاف باند ناپدید می‌شود.

دستیابی به چنین تغییراتی در مواد معمولی معمولاً به دانشمندان نیاز دارد که ترکیب شیمیایی مواد را تغییر دهند. تغییر زاویه پیچش بین لایه‌های یک ماده دو بعدی رویکردی کاملاً متفاوت است و احتمالات مرتبط زمینه جدیدی از مهندسی دستگاه به نام twistronics را آغاز کردند. مشکل این است که کنترل زوایای پیچش سخت است و اگر نواحی مختلف نمونه دارای زوایای پیچ خورده توزیع نابرابر باشند، خواص الکترونیکی نمونه از مکانی به مکان دیگر متفاوت خواهد بود. این برای دستگاه‌های با کارایی بالا ایده‌آل نیست، بنابراین محققان راه‌هایی را برای تجسم دقیق‌تر چنین ناهمگونی‌هایی کشف کرده‌اند.

یک روش جدید مبتنی بر sMIM

در کار جدید، تیمی به رهبری هونگ جون گائو و شیو زو از موسسه فیزیک، آکادمی علوم چین، روشی به نام میکروسکوپ امپدانس مایکروویو اسکن (sMIM) را که اخیرا توسط ژیسون شن و همکاران در دانشگاه استنفورد در امریکا. روش تطبیقی ​​شامل اعمال طیفی از ولتاژهای گیت به نمونه و تجزیه و تحلیل نوسانات رسانایی در داده های sMIM در موقعیت های مختلف در آن است. ژو توضیح می‌دهد: «این فرآیند ولتاژهای گیت مربوط به شکاف‌های باند موآر را فراهم می‌کند، که نشان‌دهنده باندهای الکترونیکی کاملاً پر شده است، و به طور مستقیم جزئیاتی را در مورد سوپرشبکه موآر و زوایای پیچش محلی آشکار می‌کند.

هنگامی که محققان این روش را بر روی نمونه های با کیفیت بالا از گرافن دولایه پیچ خورده ساخته شده توسط همکارانشان آزمایش کردند. کیانیینگ هو، یانگ زو و جیاوئی هو، آنها قادر به تشخیص مستقیم تغییرات زوایای پیچش بودند. آنها همچنین اطلاعاتی در مورد رسانایی نواحی محلی به دست آوردند و سایر حالت های الکترونیکی مانند حالت های کوانتومی هال و عایق های Chern را با اعمال میدان های مغناطیسی خارج از صفحه مشخص کردند. ژو خاطرنشان می کند: "ما این اندازه گیری ها را همزمان انجام دادیم." این به ما این امکان را داد که به طور مستقیم اطلاعات حالت کوانتومی را تحت شرایط زاویه پیچش محلی مختلف به دست آوریم.

او می‌افزاید، این تکنیک جدید تغییرات واضحی را در زوایای پیچش موضعی در حدود 0.3 درجه در فواصل چند میکرون نشان داد. همچنین این تیم را قادر می سازد تا رسانایی محلی را اندازه گیری کند، که با روش های جایگزین که از ترانزیستورهای تک الکترونی برای اندازه گیری تراکم پذیری یا نانو SQUID برای اندازه گیری میدان های مغناطیسی استفاده می کنند، امکان پذیر نیست. علاوه بر این، برای نمونه‌های گرافن دولایه پیچ خورده که توسط یک لایه BN عایق پوشانده شده‌اند، روش جدید مزیت قابل توجهی نسبت به میکروسکوپ تونل زنی روبشی معمولی دارد، زیرا می‌تواند به لایه عایق نفوذ کند.

کاوش در حالات کوانتومی جدید

ژو می گوید: «کار ما تنوع زاویه پیچش محلی را در داخل و بین حوزه های یک ماده دوبعدی پیچ خورده نشان داده است. دنیای فیزیک. این امر درک ما از وضعیت میکروسکوپی نمونه را عمیق‌تر کرده است و به ما امکان می‌دهد بسیاری از پدیده‌های تجربی را که قبلاً در اندازه‌گیری‌های «میانگین انبوه» مشاهده شده‌اند توضیح دهیم. همچنین راهی برای کشف حالت‌های کوانتومی جدید که مشاهده ماکروسکوپی دشوار است، ارائه می‌کند و بینش‌هایی را از دیدگاه میکروسکوپی ارائه می‌دهد.

او اضافه می‌کند که به لطف این اندازه‌گیری‌ها، ناهمواری زوایای پیچش محلی در مواد دوبعدی پیچ خورده دیگر نباید مانعی برای مطالعه حالت‌های کوانتومی جدید باشد. در عوض، به لطف توزیع غنی زوایای پیچش محلی که مشاهده کرده‌ایم، اکنون می‌توان به طور همزمان حالت‌های کوانتومی مختلف را تحت شرایط زاویه پیچش محلی و شرایط ساختار نواری در یک نمونه واحد مقایسه کرد.»

محققان اکنون قصد دارند تکنیک خود را به طیف گسترده‌تری از سیستم‌های پیچ خورده و سیستم‌های مویری ناهم‌ساختار گسترش دهند - به عنوان مثال، در موادی مانند MoTe دولایه پیچ خورده.₂ و WSe₂/WS₂. آنها همچنین مایلند اندازه گیری های میانگین انبوه را انجام دهند و این نتایج را با اندازه گیری های محلی با استفاده از روش جدید خود مقایسه کنند.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/local-twist-angles-in-graphene-come-into-view/