Eväitä twistroniikalle

Kerrosten välinen kiertymiskulma säätelee kidesymmetriaa ja voi johtaa moniin mielenkiintoisiin fyysisiin käyttäytymisiin, kuten epätavallinen suprajohtavuus, tunneloiva johtavuus, epälineaarinen optiikka ja rakenteellinen supravoitelevaisuus.

Viimeaikaiset edistykset kaksikerroksisten grafeenin ja siirtymämetalli-dikalkogenidien kerrosten toistensa suhteen kiertämisessä ovat mahdollistaneet joukon epätavallisia ilmiöitä, jotka liittyvät moiré-fysiikkaan.

Useat näistä vaikutuksista vaativat kuitenkin superhilojen vaativaa manipulointia atomissa mitoissa, kuten kiertokulman tarkkaa säätämistä kahden lähekkäin sijaitsevan atomihilan välillä.

Aalto yliopiston tutkijat ovat kansainvälisessä yhteistyössä kehittäneet täysin uuden menetelmän atomisesti ohuiden materiaalien kiertämiseksi, mikä tasoittaa tietä viritettäviin 2D-materiaaleihin perustuvan twistroniikan sovelluksiin.

Kun 2D-materiaaliarkki asetetaan toisen päälle ja sitä kierretään hieman, se voi radikaalisti muuttaa kaksikerroksisen materiaalin ominaisuuksia ja johtaa eksoottisiin fyysisiin käyttäytymisiin, kuten korkean lämpötilan suprajohtavuus - sähkötekniikan kannalta välttämätön; epälineaarinen optiikka - mielenkiintoinen laserien ja tiedonsiirron kannalta; ja rakenteellinen supravoitelevuus - vasta löydetty mekaaninen ominaisuus, jota tutkijat ovat vasta alkamassa ymmärtää

Näiden ominaisuuksien tutkiminen on synnyttänyt uuden tutkimuskentän, nimeltään twistroniiikka, eli yhdistelmä kierrettä ja elektroniikkaa.

Aalto-yliopiston tutkijoiden kanssa yhteistyössä kansainvälisten kollegoiden kanssa on nyt kehitetty uusi menetelmä molybdeenidisulfidi atomikerrosten (MoS2) siirtämiseksi antaa tutkijoille mahdollisuuden hallita tarkasti kerrosten välistä kiertymiskulmaa, jopa neliösenttimetrin pinta-aloilla. Kerrosten välisen kiertokulman hallinta laajassa mittakaavassa on välttämätöntä twistroniikan käytännön sovelluksissa tulevaisuudessa.

Aikaisemmissa tutkimukset vaadittu kiertokulma saavutettiin siirtomenetelmällä tai atomivoimamikroskoopin kärjen manipuloinnilla. Näytteen koko on yleensä ollut vain joitain mikroneja. Nyt tutkijat saattoivat kasvattaa suuria kalvoja epitaksiaalisella kasvatusmenetelmällä ja vesiavusteisella siirtomenetelmällä.

City University of New Yorkin johdolla on puolestaan tutkittu moiré-hyperbolista plasmonia hyperbolisissa metapinta pareissa (HMTS), mikä paljasti vastaavat ilmiöt mesoskooppisessa mittakaavassa.

Kiertämällä kahta päällekkäistä liuskoista koottua hyberbolista metapintaa suhteessa toisiinsa, tutkijat saivat esiin dispersiosuunnittelun, topologisien siirtymiä taikakulmien, laajakaistakentän kanavoinnin ja plasmonin spin-Hall-ilmiöiden havaintoja.

Nämä havainnot avaavat merkittäviä mahdollisuuksia kvanttioptiikan, spintroniikan ja pienihäviöiselle diffraktiovapaan kuvantamisen tekniikoille.

Aiheista aiemmin:

Uusia tiloja grafeenin taikakulmassa

Moiré-kuviot tuottavat superhiloja