Физики представили новую технологию изготовления графеновых устройств

Думаете, что знаете о материале все? Попробуйте повернуть его — в буквальном смысле слова.

Такова основная идея зарождающегося направления в физике конденсированного состояния вещества под названием «твистроника», в рамках которого исследователи радикально меняют свойства двумерных материалов, таких как графен, с помощью едва заметных изменений — например, увеличения угла между слоями с 1,1° до 1,2°. Например, было показано, что скрученные слои графена ведут себя так, как не ведут себя отдельные листы, в том числе как магниты, как электрические сверхпроводники или как противоположность сверхпроводника — изоляторы, и все это за счет небольшого изменения угла скручивания между листами.

Теоретически можно придать любое свойство, поворачивая ручку, изменяющую угол скручивания. Однако в реальности все не так просто, говорит физик из Колумбийского университета Кори Дин. Два скрученных слоя графена могут стать похожими на новый материал, но почему именно проявляются эти различные свойства, пока не очень хорошо понятно, не говоря уже о том, что ими можно полностью управлять.

Дин и его лаборатория разработали новую простую технологию изготовления, которая может помочь физикам исследовать фундаментальные свойства скрученных слоев графена и других двумерных материалов более систематическим и воспроизводимым способом. Авторы статьи, опубликованной в журнале Science, используют длинные «ленты» графена, а не квадратные хлопья, для создания устройств, которые обеспечивают новый уровень предсказуемости и контроля над углом скручивания и деформацией.

Графеновые устройства обычно собирались из атомарно тонких чешуек графена площадью всего несколько квадратных микрометров. В результате угол скручивания между листами фиксируется, и чешуйки сложно ровно уложить друг на друга.

Представьте себе графен в виде кусочков саранской пленки — когда вы соединяете два кусочка вместе, получаются случайные морщинки и пузырьки, — говорит постдок Бьярке Йессен, соавтор статьи.

Эти пузырьки и морщинки напоминают изменения угла скручивания между листами и физическую деформацию, возникающую между ними, и могут приводить к произвольному изгибу, прогибанию и сжатию материала. Все эти вариации могут приводить к новым формам поведения, но их трудно контролировать внутри и между устройствами.

Ленты могут помочь сгладить ситуацию. Новое исследование лаборатории показывает, что небольшое нажатие на кончик атомно-силового микроскопа позволяет согнуть графеновую ленту в устойчивую дугу, которую затем можно положить плашмя на второй, не изогнутый слой графена. В результате угол скручивания между двумя листами непрерывно изменяется от 0 до 5° по всей длине устройства, причем деформация распределяется равномерно — больше не нужно бороться со случайными пузырями или морщинами.

Нам больше не нужно делать 10 отдельных устройств с 10 различными углами наклона, чтобы посмотреть, что получится, — говорит постдок и соавтор работы Маэль Капфер (Maëlle Kapfer).

Кроме того, теперь мы можем контролировать деформацию, чего совершенно не было в предыдущих устройствах.

Команда использовала специальные микроскопы высокого разрешения, чтобы убедиться в том, насколько однородны их устройства. На основе этой пространственной информации они разработали механическую модель, которая предсказывает углы скручивания и значения деформации просто на основе формы изогнутой ленты.

Эта первая работа была посвящена описанию поведения и свойств лент графена, а также других материалов, которые могут быть истончены до отдельных слоев и уложены друг на друга. «Это работает со всеми двумерными материалами, которые мы пробовали до сих пор», — отметил Дин. В дальнейшем лаборатория планирует использовать новую методику для изучения того, как меняются фундаментальные свойства квантовых материалов в зависимости от угла закрутки и деформации. Например, предыдущие исследования показали, что два скрученных слоя графена ведут себя как сверхпроводник, когда угол скрутки составляет 1,1.

Однако существуют конкурирующие модели, объясняющие возникновение сверхпроводимости при этом так называемом «магическом угле», а также предсказания других магических углов, которые до сих пор было слишком трудно стабилизировать, сказал Дин. С помощью устройств, изготовленных с использованием лент, которые содержат все углы от 0° до 5°, команда может более точно исследовать происхождение этого и других явлений.

То, что мы делаем, похоже на квантовую алхимию: берем материал и превращаем его в нечто другое. Теперь у нас есть платформа для систематического изучения того, как это происходит, — заключает Джессен.

11.08.2023


Подписаться в Telegram



Нано

JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»
JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»

Когда молекулы облучают инфракрасным светом, о...

ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище
ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище

Потребность в устойчивых и экологичн...

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов

Новости компаний, релизы

Московский вуз готовит профессионалов для защиты учебных заведений
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Московский Политех и ведущие российские компании запускают 79 практико-ориентированных образовательных программ
Студенты Университета МИСИС выиграли 2.8 млн рублей в хакатоне «Лидеры цифровой трансформации»
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред