تنظیم دقیق “پیچ و تاب” بین مواد دو بعدی در ساختارهای ون در والس برای کمک به تسریع در الکترونیک نسل بعدی

0
Manchester group help fine tune 'twistronics'
این تصویر کارتون ها و میکروگرافیک هایی را نشان می دهد که تکنیک جدید twistronics in situ را برجسته می کند. اعتبار: آرتم میشچنکو / دانشگاه منچستر

گروهی از محققان بین المللی در دانشگاه منچستر روش جدیدی را کشف کرده اند که می تواند زاویه را بطور کامل تنظیم کند – “پیچ و تاب” – بین لایه های نازک اتمی که نانوساختارهای ساخته شده توسط انسان به نام “ساختارهای ون در والس” را تشکیل می دهد – و کمک به سرعت بخشیدن به نسل بعدی الکترونیک.

این تکنیک جدید می تواند چرخش دینامیکی و دستکاری مواد ۲ بعدی را که به صورت لایه لایه روی هم قرار گرفته اند ، به وجود آورد و ساختارهای ناسازگار ون در والس را ایجاد کند – دستگاه هایی در مقیاس نانو که دارای ویژگی های غیر معمول و پدیده های جدید مهیج هستند ، پروفسور میشچنکو.

تنظیم زاویه پیچش ، توپولوژی و فعل و انفعالات الکترون را در مواد دو بعدی کنترل می کند – و چنین فرایندی ، که به آن “twistronics” می گویند ، یک موضوع تحقیقاتی در سالهای اخیر در زمینه فیزیک است. مطالعه جدید تحت هدایت منچستر امروز در Science Advances منتشر خواهد شد.

“تکنیک ما ساختارهای ناهمگون پیچیده ون در والس را با نوری ، مکانیکی و خصوصیات الکترونیکی . ” یاپینگ یانگ ، نویسنده اصلی این اثر را توضیح داد.

یاپینگ یانگ افزود: “به عنوان مثال ، این روش می تواند در دستکاری رباتیک خودمختار بلورهای دو بعدی برای ساخت ابرشبکه های van der Waals مورد استفاده قرار گیرد ، که این امر به موقعیت دقیق ، چرخش و دستکاری مواد ۲-D اجازه می دهد تا ساخته شود. مواد با زاویه پیچش دلخواه ، برای تنظیم دقیق خواص الکترونیکی و کوانتومی مواد ون در والس. ”

پیچش لایه های کریستال های ۲-D نسبت به یکدیگر منجر به تشکیل یک الگوی موآره می شود ، جایی که شبکه های کریستال های ۲-D والد یک ابر شبکه تشکیل می دهند. این ابر شبکه می تواند رفتار الکترون ها را به طور کامل تغییر دهد و منجر به مشاهده بسیاری از پدیده های جدید شود ، از جمله همبستگی های قوی الکترون ، اثر هال کوانتومی فراکتال و ابررسانایی.

این تیم با ساخت موفقیت آمیز ساختارهایی که گرافن کاملاً با لایه های کپسوله ای بالا و پایین مطابقت دارد نیترید بور شش ضلعی -” گرافن سفید “را دوبله می کند – ایجاد ابرشبکه های دوگانه مویر در دو رابط.
همانطور که در Science Advances منتشر شده است ، این روش با وصله مقاومت پلیمری روی کریستالهای ۲-D هدف و یک ژل پلیمری انجام می شود ، که می تواند چرخش و موقعیت ۲- را به طور دقیق و پویا کنترل کند. مواد D.

“آرتم میشچنکو” اضافه کرد: “تکنیک ما این پتانسیل را دارد که twistronics را به سیستم های اندازه گیری برودتی وارد کند ، به عنوان مثال ، با استفاده از میکروکنترلرها یا دستگاه های میکرو الکترو مکانیکی”.

محققان از یک سرسره شیشه ای با قطره پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) به عنوان دستکاری کننده استفاده کردند که بهبود می یابد و به شکل طبیعی به شکل هندسه نیمکره در می آید. در این میان ، آنها از طریق لیتوگرافی استاندارد پرتوی الکترون ، یک وصله پلی متیل متاکریلات epitaxial (PMMA) را در بالای کریستال ۲-D هدف قرار دادند.

مراحل دستکاری پوسته های هدف در یک ساختار ناهموار به راحتی دنبال می شود. با پایین آوردن دسته ژل پلیمری ، نیمکره PDMS با وصله PMMA تماس می گیرد. هنگامی که آنها یکدیگر را لمس می کنند ، می توان کریستالهای ۲-D هدف را بر روی سطح پوسته پایین حرکت داد یا چرخاند. چنین حرکتی نرم از پوسته های ۲-D بر اساس چربی فوق العاده بین دو ساختار کریستالی است.

فوق روانکاری پدیده ای است که اصطکاک بین سطوح صاف اتمی بسته به شرایط خاص از بین می رود.

تکنیک دستکاری امکان تنظیم مداوم زاویه پیچش بین لایه ها را حتی پس از مونتاژ ساختار ساختار فراهم می کند. می توان وصله PMMA epitaxial را به شکل دلخواه در صورت تقاضا ، به طور معمول با هندسه متناسب با پوسته هدف ، طراحی کرد. روش دستکاری راحت و قابل تکرار است زیرا وصله PMMA به راحتی توسط استون شسته شده و با لیتوگرافی دوباره الگو می شود.

به طور معمول ، برای یک نیمکره PDMS با دقت ساخته شده ، منطقه تماس بین نیمکره و یک کریستال ۲-D به شعاع نیمکره بستگی دارد و به نیروی تماس بسیار حساس است ، کنترل دقیق حرکت هدف ۲ را دشوار می کند -D کریستال.

“وصله PMMA epitaxial نقش اساسی در روش دستکاری دارد. ترفند ما در این است که ناحیه تماس مانور ژل پلیمری دقیقاً به شکل طرح دار لایه پلیمر اپیتاکسیال محدود می شود. این کلید تحقق کنترل دقیق دستکاری است ، که به شما اجازه می دهد یک نیروی کنترل بسیار بزرگتر اعمال شود. ” جیدونگ لی ، یکی از نویسندگان همکار گفت.

در مقایسه با سایر تکنیک های دستکاری مواد ۲ بعدی ، مانند استفاده از نکات میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) برای فشار دادن یک کریستال با هندسه ای که به طور خاص ساخته شده است ، روش twistronics in situ غیر مخرب است و می تواند پوسته ها را بدون توجه به آنها دستکاری کند. ضخامت ، در حالی که نوک AFM فقط برای پوسته های ضخیم بهتر عمل می کند و ممکن است نازک ها را از بین ببرد.

تراز بندی کامل گرافن و نیترید بور شش ضلعی ، پتانسیل این روش را در کاربردهای twistronics نشان می دهد.

با استفاده از تکنیک درجا ، محققان با موفقیت لایه های ۲-D را در ساختار نیترید بور / گرافن / نیترید بور چرخاندند تا یک تراز کامل بین همه لایه ها داشته باشند. نتایج نشان می دهد تشکیل ابرشبکه های دو م moر در دو رابط ساختار ناهمسان است. علاوه بر این ، محققان امضای moireacute مرتبه دوم (مرکب) را مشاهده کردند. الگوی تولید شده توسط moireacute دو؛ ابرقهرمانها.

این ساختار ناپایدار با گرافن و نیترید بور کاملاً تراز شده ، پتانسیل روش دستکاری در twistronics را نشان می دهد.

“یاپینگ یانگ” که این کار آزمایشی را انجام داده است ، گفت: “این روش به راحتی می تواند به سایر سیستم های ماده ۲-D تعمیم یابد و امکان دستکاری برگشت پذیر در هر سیستم ۲-D و به دور از رژیم متناسب را فراهم می کند.”

پروفسور میشچنکو افزود: “ما اعتقاد داریم که روش ما استراتژی جدیدی را در مهندسی دستگاه ایجاد می کند و کاربردهای آن را در تحقیقات شبه کریستال های ۲ بعدی ، باندهای تخت با زاویه جادو و سایر سیستم های غیرمتعارف توپولوژیک پیدا می کند.”


رسانایی غیر عادی در گرافن دو لایه پیچ خورده با زاویه کم


اطلاعات بیشتر:
“دستکاری درجا از ساختارهای ون der Waals برای twistronics” پیشرفتهای علمی (۲۰۲۰). advances.sciencemag.org/lookup… .۱۱۲۶ / sciadv.abd3655

تهیه شده توسط
دانشگاه منچستر

استناد :
تنظیم دقیق “پیچ و تاب” بین مواد دو بعدی در ساختارهای ون در والس برای کمک به تسریع در الکترونیک نسل بعدی (۲۰۲۰ ، ۴ دسامبر)
بازیابی شده در ۷ دسامبر ۲۰۲۰
از https://phys.org/news/2020-12-fine-tuning-d-materials-van.html

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. جدا از هرگونه معامله عادلانه به منظور مطالعه خصوصی یا تحقیق ، هیچ
نسخه ممکن است بدون اجازه کتبی تولید شود. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.

مطالب پیشنهادی

ممکن است شما دوست داشته باشید
ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.