Исследование, опубликованное в журнале Science, очень ценно, поскольку оно может улучшить работу многих устройств, в том числе повысить стабильность памяти и скорость вычислений. При дальнейших исследованиях открытие вихревого электрического поля может в дальнейшем повлиять на сферы квантовых вычислений, спинтроники и нанотехнологий.

Ранее для создания вихревого электрического поля требовались дорогостоящие методы осаждения тонких пленок и сложные процедуры. Однако наше исследование показало, что простой поворот в бислойных двумерных материалах может легко вызвать такое вихревое электрическое поле, — говорит профессор Ли Тук Хуэ (Ly Thuc Hue) с химического факультета и один из основных сотрудников Центра супералмазов и передовых пленок CityUHK.

Работа опубликована в журнале Science.

Чтобы добиться чистого интерфейса, исследователи обычно синтезируют бислои напрямую. Однако при этом сложно обеспечить свободу углов скручивания, особенно при скручивании под малым углом. Команда профессора Ли изобрела инновационную технику переноса с помощью льда, которая, по ее словам, сыграла решающую роль в достижении чистого интерфейса между бислоями и позволила им свободно манипулировать и создавать скрученные бислои.

В отличие от предыдущих исследований, в которых основное внимание уделялось углам скручивания менее 3 градусов, методика команды позволила им создать широкий спектр углов скручивания от 0 до 60 градусов, используя как синтез, так и искусственную укладку с помощью переноса через лед.

Универсальное применение

Новаторское открытие нового вихревого электрического поля в скрученном бислое позволило также создать двумерный квазикристалл, потенциально способный улучшить будущие электронные, магнитные и оптические устройства. Квазикристаллы — это востребованные неупорядоченные структуры, обладающие низкой тепло- и электропроводностью, что делает их идеальными для высокопрочных поверхностных покрытий, например, для сковородок.

По словам профессора Ли, эти структуры могут иметь широкий спектр применений, поскольку генерируемое вихревое электрическое поле зависит от угла закрутки. Квазикристаллы могут обеспечить более стабильный эффект памяти для электронных устройств, сверхбыструю мобильность и скорость для вычислений, переключение поляризации без рассеивания, новые поляризуемые оптические эффекты и достижения в спинтронике.

Открытие новой техники

На пути к новому наблюдению команда преодолела множество трудностей. Во-первых, им нужно было найти способ установить чистый интерфейс между бислоями. Это привело их к открытию новой техники, которая использует лед в качестве материала для переноса, что является первым достижением в этой области. Синтезируя и перенося двумерные материалы с помощью тонкого листа льда, команда добилась чистых интерфейсов, которыми было легко манипулировать. По сравнению с другими методами, этот метод переноса с помощью льда более эффективен, занимает меньше времени и является более экономичным.

Затем им пришлось преодолевать трудности, связанные с анализом материала. В итоге им удалось сделать открытие благодаря использованию четырехмерной просвечивающей электронной микроскопии (4D-TEM) и сотрудничеству с другими исследователями. На одном из этапов испытаний была создана скрученная бислойная 2D-структура, в которой наблюдалось новое вихревое электрическое поле.

Взгляд в будущее

Учитывая широкий спектр применения углов скручивания, команда с нетерпением ждет продолжения исследований, основанных на новом наблюдении, и изучения всего его потенциала.

Следующие шаги в исследовании будут направлены на дальнейшие манипуляции с материалом, например, на проверку возможности укладки большего количества слоев, а также на изучение возможности получения такого же эффекта из других материалов. Запатентовав свою методику переноса с помощью льда, команда с нетерпением ждет новых открытий на мировом уровне, ведь теперь можно добиться чистоты бислойных интерфейсов без длительных и дорогостоящих процедур.

Это исследование способно открыть новую область, сфокусированную на закрученных вихревых полях в нанотехнологиях и квантовых технологиях, — заключил профессор Лай, подчеркнув, что открытие, хотя и находится на ранних стадиях в плане применения, может стать серьезной переменой в таких областях применения устройств, как память, квантовые вычисления, спинтроника и сенсорные устройства.

Ранее ученые продемонстрировали квантовую телепортацию.