Moire-kuviot tarjoavat nyt topologiaa

Fyysikot ovat löytäneet – ja selittävät – odottamattoman magnetismin atomin ohuesta materiaalista.

2D-materiaalien yksittäisten arkkien pinoaminen ja joskus niiden kiertäminen pienessä kulmassa toisiinsa voi antaa niille uusia ominaisuuksia suprajohtavuudesta magnetismiin.

Uudessa tutkimuksessa MIT:n fyysikot työskentelivät kolmen grafeenikerroksen kanssa. Jokainen kerros kierrettiin seuraavan päälle samassa kulmassa, jolloin luotiin kierteinen rakenne.

Nyt kolmen grafeenikerroksen luoma kierrerakenne muodostaa kaksi moiré-hilaa. Yksi luodaan kahdesta ensimmäisestä päällekkäisestä arkista; toinen muodostetaan toisen ja kolmannen arkin väliin.

Ilmeni, että kun kaksi ensimmäistä moiré-kuviota ovat mittakaavaltaan vain nanometrejä, kolmas, supermoiré esiintyy satojen nanometrien mittakaavassa kahden muun päällä.

Tällaista ilmiötä fyysikot odottivatkin mutta yllätys oli kuinka ne sovelsivat ja varioivat magneettikenttää. Tällainen magnetismi voi esiintyä vain järjestelmässä, josta puuttuu tietty symmetria - sellainen, joka tiimin uudella materiaalilla olisi pitänyt olla. "Joten se tosiasia, että näimme tämän, oli hyvin hämmentävää. Emme oikein ymmärtäneet, mitä oli tekeillä”, sanoo Aviram Uri.

Osoittautuu, että uusi järjestelmä todellakin rikkoi symmetrian, joka estää ryhmän havaitseman orbital-kiertoradan magnetismin, mutta hyvin epätavallisella tavalla. "Tämän järjestelmän atomit eivät ole kovin mukavia, joten ne liikkuvat hienovaraisella orkestroidulla tavalla, jota kutsumme hilarelaksaatioksi", Xia sanoo. Ja tuon relaksaation muodostama uusi rakenne todellakin rikkoo symmetrian paikallisesti, moiré-pituusasteikolla.

Tämä avaa mahdollisuuden kiertoradan magnetismille, jonka ryhmä havaitsi. Jos kuitenkin loitonnat nähdäksesi järjestelmän supermoiré-asteikolla, symmetria palautuu. "Moirehierarkia näyttää tukevan mielenkiintoisia ilmiöitä eri pituuksilla", de la Barrera sanoo.

Näiden esiin tulevien moiré-asteikkosymmetrioidensa ansiosta luotu kierteisen kolmikerroksisen grafeenin alusta tarjoaa mahdollisuuden kehitellä topologiaa.

Uri päättää: ”Se on hauskaa, kun ratkaiset arvoituksen ja se on niin tyylikäs ratkaisu. Olemme saaneet uusia näkemyksiä siitä, miten elektronit käyttäytyvät näissä monimutkaisissa järjestelmissä, näkemyksiä, joita emme olisi voineet saada, elleivät kokeelliset havainnot olisi pakottaneet ajattelemaan näitä asioita."

Aiheesta aiemmin:

Kierteistä twistroniikkaa

Kvasikiteitä ja ultralaajakaistaista kuvausta

Atomien ja eksitonien twist