Kierteistä twistroniikkaa11.10.2024
Tutkijat paljastivat, kuinka materiaalin kolmiulotteisesti kiertyvät kerrokset voivat luoda salaperäisen elektronien reittiä kääntävän vaikutuksen, mikä avaa uusia mahdollisuuksia kvanttimateriaalien valon ja elektronien ohjaamiseen. Aikoinaan kahden grafeenikerroksen Moire-ilmiön luoman "twistroniikan" kenttä on täten siirtynyt uuteen ulottuvuuteen. Penn yliopiston Ritesh Agarwal, Eugene Mele ja yhteistyökumppanien julkaisemassa työssä he tutkivat spiraalimaisesti pinottuja volframidisulfidikiteitä (WS2) ja havaitsivat, että näitä kerroksia kiertämällä valoa voitaisiin käyttää elektronien manipuloimiseen. Tulos on analoginen Coriolis-voiman kanssa, joka kaareuttaa esineiden polkuja pyörivässä kehyksessä ja kuten kuinka tuuli ja merivirrat käyttäytyvät maan päällä. Agarwal ja Mele vertaavat elektronivastetta klassiseen Hall-ilmiöön, jossa johtimen läpi kulkeva virta poikkeutetaan sivuttain magneettikentän vaikutuksesta. Mutta kun Hall-ilmiötä ohjaa magneettikenttä, tässä "kiertyvä rakenne ja Coriolis-tyyppinen voima ohjasivat elektroneja", Mele sanoo. "Löydössä ei ollut kyse vain tämän voiman löytämisestä; Kyse oli ymmärtämisestä, milloin ja miksi se ilmestyy, ja mikä tärkeintä, milloin sen ei pitäisi." Kesti lähes vuosi saada selville tarkat olosuhteet, joissa tämä ilmiö voidaan havaita tai tukahduttaa. Löytö tuo esiin uudenlaisen elektroninliikkeen hallinnan, joka saavutetaan puhtaasti materiaalin geometrisella kierteellä. Lisäksi työ paljasti vahvan optisen epälineaarisuuden, mikä tarkoittaa, että materiaalin vaste valoon vahvistui merkittävästi. "Tyypillisissä materiaaleissa optinen epälineaarisuus on heikko", Agarwal sanoo, "mutta kierretyssä järjestelmässämme se on erittäin vahva, mikä viittaa mahdollisiin sovelluksiin fotonilaitteissa ja antureissa." Toinen näkökohta tutkimuksessa oli moiré-kuviot, jotka ovat seurausta kerrosten välisestä pienestä kulmavirheestä, jolla on merkittävä rooli vaikutuksessa. Tässä järjestelmässä kierteellä luotu moiré-pituusasteikko on yhtä suuri kuin valon aallonpituus, mikä mahdollistaa valon voimakkaan vuorovaikutuksen materiaalin rakenteen kanssa. "Tämä valon ja moiré-kuvion välinen vuorovaikutus lisää monimutkaisuutta, joka parantaa havaitsemiamme vaikutuksia", Agarwal sanoo, "ja tämä kytkentä antaa valolle mahdollisuuden ohjata elektronien käyttäytymistä niin tehokkaasti." Lisäksi tutkimuksessa havaittiin, että säätämällä hieman WS2-spiraalien paksuutta ja kädenmukaisuutta, he saattoivat hienosäätää tämään optisen Hall-efektin voimakkuutta. Tämä viritettävyys viittaa siihen, että nämä kierretyt rakenteet voisivat olla tehokas työkalu uusien kvanttimateriaalien suunnittelussa, jolla on erittäin säädettävät ominaisuudet. ”Olemme aina olleet rajallisia siinä, kuinka voimme manipuloida materiaalien elektronien käyttäytymistä. Olemme osoittaneet, että kierrettä hallitsemalla voimme esitellä täysin uusia ominaisuuksia”, Agarwal sanoo. ”Olemme todella vain raaputtamassa pintaa siitä, mikä on mahdollista. Spiraalirakenteen ansiosta fotonit ja elektronit voivat olla vuorovaikutuksessa uudella tavalla, joten astumme johonkin täysin uuteen. Mitä muuta tämä järjestelmä voi paljastaa tutkijat visioivat?" Aiheesta aiemmin: Kvasikiteitä ja ultralaajakaistaista kuvausta Grafeenin ominaisuuksia grafiittiin Erittäin viritettäviä komposiittimateriaaleja |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.