Twistroniikkaa paksummillakin materiaaleilla

2D-järjestelmissä muodostuvien Moiré-superhilojen ilmiöt on käännetty käytettäväksi 3D-materiaaleissa.

Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART) tutkimusyhteisö on löytänyt uuden tavan hallita materiaalien valoemissiota.

Materiaalien ominaisuuksien hallinta on ollut useimpien nykyaikaisten tekniikoiden liikkeellepaneva voima - aurinkopaneeleissa, tietokoneissa, älyajoneuvoissa tai hengenpelastavista sairaalalaitteissa.

Mutta materiaalien ominaisuudet ovat kuitenkin perinteisesti mukautettu niiden koostumuksen, rakenteen ja joskus koon perusteella. Käytännöllisimmät laitteet, jotka tuottavat tai generoivat valoa käyttävät eri materiaalien kerroksia erilaisilla koostumuksilla, joita voi olla joskus vaikea kasvattaa.

SMART-tutkijoiden ja kumppanien läpimurto tarjoaa uuden menetelmän teknisesti merkityksellisten materiaalien optisten ominaisuuksien virittämiseksi muuttamalla pinottujen kalvojen kiertokulmaa huoneenlämmössä.

"Viime aikoina on löydetty joukko uusia fysikaalisia ilmiöitä - kuten epätavanomainen suprajohtavuus - pinoamalla yksittäisiä atomihiukkasten kerroksia päällekkäin kiertokulmassa, mikä johtaa niin sanottuihin moiré-superhiloihin", sanoo paperin vastaava kirjoittaja, professori Silvija Gradecak.

"Nykyiset menetelmät keskittyvät vain ohuiden yksittäisten yksikerroksisten pinoamiseen, mikä on työlästä, kun taas löytömme soveltuu paksumpiin kalvoihin. Näin materiaalien etsintäprosessista tulee paljon tehokkaampaa."

Professori Gradecak huomauttaa, että kenttä on toistaiseksi keskittynyt yksittäisten yksikerroksisten pinoamiseen, mikä vaatii huolellista kuorintaa ja saattaa kärsiä kiertyneen tilan vapautumisesta, mikä rajoittaa niiden käytännön sovelluksia. Ryhmän löytö voisi tehdä tämän uraauurtavan kiertämiseen liittyvän ilmiön sovellettavaksi myös paksuihin kalvojärjestelmiin, joita on helpompi manipuloida ja jotka ovat teollisesti merkityksellisiä.

"Kokemuksemme osoittivat, että samat ilmiöt, jotka johtavat moire superhilojen muodostumiseen kaksiulotteisissa järjestelmissä, voidaan kääntää kolmiulotteisen kuusikulmaisen boorinitridin (hBN) optisten ominaisuuksien virittämiseksi jopa huoneenlämpötilassa", toteaa MIT:n tohtoritutkija Hae Yeon Lee.

"Huomasimme, että pinottujen, paksujen hBN-kalvojen intensiteettiä ja väriä voidaan virittää jatkuvasti suhteellisten kiertokulmien ja voimakkuuden ansiosta yli 40 kertaisesti."

Heidän havainnoillaan voi olla valtava vaikutus erilaisiin sovelluksiin lääketieteellisen, biologisen ja kvantti-informaation aloilla. Ryhmä esittelee tutkimustaan Nano Letters -lehden artikkelissa" Tunable Optical Properties of Thin Films Controlled by the Interface Twist Angle".

Aiheesta aiemmin:

Fotonista twistausta ja vyörytystä

Eväitä twistroniikalle

Moiré-kuviot tuottavat superhiloja