Araştırmacılar, malzemenin potansiyelini zorlamak için grafen şeritleri kullanıyor

Bir malzeme hakkında her şeyi bildiğinizi mi düşünüyorsunuz? Kelimenin tam anlamıyla bir değişiklik yapmayı deneyin. Bu, yoğun madde fiziğinde “twistronics” adı verilen ve araştırmacıların açıda 1,1°’den 1,2°’ye kadar küçük değişikliklerle grafen gibi 2B malzemelerin özelliklerini büyük ölçüde değiştirdiği, gelişmekte olan bir alanın ana fikridir. yığılmış katmanlar arasında.

Örneğin, bükülmüş grafen katmanlarının, tümü tabakalar arasındaki bükülme açısındaki küçük değişiklikler nedeniyle, mıknatıslar gibi, elektriksel süper iletkenler gibi veya bir süper iletkenin zıttı yalıtkanlar gibi davranan yalıtkanlar dahil olmak üzere, tek tabakaların sahip olmadığı şekillerde davrandığı gösterilmiştir.

Teorik olarak, büküm açısını değiştiren bir topuzu çevirerek herhangi bir özelliği çevirebilirsiniz. Ancak Columbia fizikçisi Cory Dean, gerçeğin o kadar basit olmadığını söylüyor. İki bükülmüş grafen tabakası yeni bir malzeme gibi olabilir, ancak bu farklı özelliklerin tam olarak neden ortaya çıktığı, henüz tam olarak kontrol edilebilecek bir şey bir yana, tam olarak anlaşılamamıştır.

Dean ve laboratuvarı, fizikçilerin bükülmüş grafen katmanlarının ve diğer 2D malzemelerin temel özelliklerini daha sistematik ve tekrarlanabilir bir şekilde araştırmasına yardımcı olabilecek basit ve yeni bir üretim tekniği geliştirdi. Yazmak Bilimhem büküm açısı hem de gerilme üzerinde yeni bir öngörülebilirlik ve kontrol düzeyi sunan cihazlar oluşturmak için kare pullar yerine uzun grafen “şeritler” kullanıyorlar.

Grafen cihazları tipik olarak, sadece birkaç milimetre kare olan atom inceliğinde grafen pullarından bir araya getirilmiştir. Yapraklar arasında ortaya çıkan bükülme açısı yerinde sabitlenir ve pulları düzgün bir şekilde bir araya getirmek zor olabilir.

Makalenin ortak yazarlarından Bjarke Jessen, “Grafeni saran sargısının parçaları olarak hayal edin; iki parçayı bir araya getirdiğinizde rastgele küçük kırışıklıklar ve kabarcıklar elde edersiniz” diyor. Bu kabarcıklar ve kırışıklıklar, tabakalar arasındaki bükülme açısındaki değişikliklere ve arada gelişen ve malzemenin rastgele bükülmesine, bükülmesine ve sıkışmasına neden olabilen fiziksel gerilime benzer. Tüm bu varyasyonlar yeni davranışlar sağlayabilir, ancak cihazların içinde ve cihazlar arasında kontrol edilmesi zor olmuştur.

Şeritler işleri düzeltmeye yardımcı olabilir. Laboratuarın yeni araştırması, bir atomik kuvvet mikroskobunun ucundan sadece küçük bir itme ile, bir grafen şeridini, daha sonra ikinci, eğri olmayan bir grafen tabakasının üzerine düz bir şekilde yerleştirilebilen sabit bir ark halinde bükebildiklerini gösteriyor.

Sonuç, cihazın uzunluğu boyunca 0° ila 5° arasında uzanan iki yaprak arasındaki büküm açısında sürekli bir değişikliktir ve gerinim baştan sona eşit olarak dağıtılır; mücadele edilecek rastgele kabarcıklar veya kırışıklıklar olmaz. Doktora sonrası ve ortak yazar Maëlle Kapfer, “Ne olduğunu görmek için artık 10 farklı açıya sahip 10 ayrı cihaz yapmamıza gerek yok” dedi. “Ve artık, önceki bükülmüş cihazlarda tamamen eksik olan gerilimi kontrol edebiliyoruz.”

Ekip, cihazlarının ne kadar tekdüze olduğunu doğrulamak için özel yüksek çözünürlüklü mikroskoplar kullandı. Bu uzamsal bilgiyle, sadece kavisli şeridin şekline dayalı olarak bükülme açılarını ve gerinim değerlerini tahmin eden mekanik bir model geliştirdiler.

Bu ilk makale, grafen şeritlerinin yanı sıra tek katmanlara inceltilebilen ve birbiri üzerine istiflenebilen diğer malzemelerin davranışını ve özelliklerini karakterize etmeye odaklandı. Dean, “Şimdiye kadar denediğimiz her 2B malzemeyle çalıştı,” dedi.

Buradan, laboratuvar, kuantum malzemelerinin temel özelliklerinin bükülme açısı ve gerilmenin bir fonksiyonu olarak nasıl değiştiğini keşfetmek için yeni tekniklerini kullanmayı planlıyor. Örneğin, önceki araştırmalar, iki bükülmüş grafen tabakasının, bükülme açısı 1.1 olduğunda bir süper iletken gibi davrandığını göstermiştir.

Bununla birlikte, bu sözde “sihirli açı”da süperiletkenliğin kökenlerini açıklamak için yarışan modeller ve şimdiye kadar stabilize edilmesi çok zor olan ek sihirli açıların tahminleri var, dedi Dean. Ekip, 0° ile 5° arasındaki tüm açıları içeren şeritlerle yapılmış cihazlarla, bu fenomenin ve diğerlerinin kökenlerini daha kesin bir şekilde keşfedebilir.

Jessen, “Yaptığımız şey kuantum simyası gibi: bir malzemeyi alıp başka bir şeye dönüştürmek. Artık bunun nasıl olduğunu sistematik olarak keşfetmek için bir platformumuz var” dedi.