Moiré-kuviot tuottavat superhiloja

Heksagonisesti järjestettyjen hiiliatomien grafeenikerros (musta) sijoitetaan kahden boorinitridiatomikerroksen väliin, jotka on myös järjestetty kuusikulmion muotoisesti hieman erikokoisina. Päällekkäisyys luo erikokoisia hunajakennokuvioita.

Paljon tutkitut kaksiulotteiset (2D) materiaalit päällekkäin pinottuna ja sopivasti toisiinsa nähden kierrettynä voivat muodostaa erilaisia moiré-kuvioiden superhiloja.

Esimerkiksi viime vuonna yhdysvaltaiset tutkijat osoittivat, että kahden pinotun grafeenikerroksen pyöräyttäminen "maagisella" 1,1 asteen kulmalla muuntaa grafeenin suprajohtavaksi.

Nyt Baselin yliopiston tutkijat yhdessä Swiss Nanoscience Instituten kollegoiden kanssa ovat esitelleet kolmen kerroksen moiré-malleja, jotka muuttavat grafeenin elektronisia ominaisuuksia aiemmin näkemättömillä tavoilla.

He sijoittivat kahden boorinitridikerroksen väliin grafeenikerroksen. Kokeissa rakenteesta muodostui kaksi superhilaa grafeenin ja ylemmän ja alemman boorinitridikerroksen välille. Kaikkien kolmen kerroksen superpositio loi vielä suuremman superrakenteen kuin oli mahdollista vain yhdellä lisäkerroksella.

Tiedemiehet ovat hyvin kiinnostuneita tällaisista synteettisistä materiaaleista, koska eri moiré-kuvioita voidaan käyttää muuttamaan tai keinotekoisesti tuottamaan uusia elektronisten materiaalien ominaisuuksia.

Esimerkiksi Berkeley Labin vetämä tutkijaryhmä muokkasi äskettäin hieman vastaavalla menetelmällä tavallisia puolijohdemateriaaleja kvanttirakenteiksi, joilla on poikkeuksellinen elektroninen käyttäytyminen.

Tutkimuksessa käytettiin puolijohteisia 2D-materiaaleja eli volframidisulfidia ja volframdiselenidiä osoittamaan, että kerrosten välinen kiertokulma tarjoaa "viritysnupin" kääntää 2D-puolijohtava järjestelmän eksoottiseksi kvanttimateriaaliksi, jolla on erittäin vuorovaikutteiset elektronit.

Tällainen edistys voisi auttaa mullistamaan useita energiatehokkaita sähköisiä järjestelmiä tavoittelevia toimialoja ja tuottaa alustan eksoottisille uudenlaiselle fysiikalle.

Hieman aiemmin muun muassa Washingtonin yliopiston tutkijat loivat hieman vastaavalla moiré-menetelmällä eksitoneja.

Tutkimukset osoittivat välikerroksisten eksitonien läsnäolon. Ne ovat jääneet jaksoittaisen kuviollisen moiré-potentiaalikentän sisään kun kaksi siirtymämetalli dikalkogenidin (TMD) atomin paksuista kerrosta on kohdistettu hieman toisistaan poikkeavasti.

Aiheesta aiemmin:

Eksitonit avaavat tietä tehokkaampaan elektroniikkaan

Tehokkaampaa optoelektroniikkaa