Siden barndommen er vi vant til, at når du tilføjer et æble til et andet, får du to æbler. Det samme sker med blyanter, skrivemaskiner og balloner. Og i fysik er dette ikke nødvendigvis tilfældet. Hvis du medbringer to film med monoatomisk tykkelse, som grafen, tæt nok på en lille afstand, får du et nyt materiale.
I dette tilfælde vil vi stadig have to separate objekter, som i princippet kan trækkes tilbage. Interaktionen mellem dem skyldes van der Waals kræfter - en relativt svag interatomisk elektromagnetisk interaktion. Resultatet er et nyt materiale (heterostruktur), hvis egenskaber ikke bestemmes så meget af dets kemiske sammensætning som af arrangeringen af lagene. En film med to lag (eller flere) kan bøjes og vrides - og det fører også til en ændring i dens fysiske egenskaber.
Lignende eksperimenter er blevet udført på grafen i mange år, men grafen i dette tilfælde er ikke særlig interessant. Under de forhold, vi er vant til, har det ikke et forbudt hul, der omdanner et stof til en halvleder; der kræves særlig indsats for at skabe det. Men der er andre materialer.
I dette tilfælde brugte forskere fra University of Sheffield (Storbritannien) van der Waals heterostrukturer lavet af overgangsmetalldichalcogenider. En lille digression er passende her. Chalkogener er kemiske elementer i den 16. gruppe i det periodiske system: en søjle der starter med ilt og svovl fra toppen og slutter med radioaktivt levermorium. Der er mange overgangsmetaller, i hverdagen er vi mest fortrolige med kobber, molybdæn og zink.
Forskerne sammensatte en "sandwich" af lag molybdendisilenid (MoSe2) og wolframdisulfat (WS2). Konduktiviteten af det resulterende materiale ændrede sig med jævne mellemrum på samme måde som moiré-effekten vises på to foldede tyllegardiner.
Som professor Alexander Tartakovsky fra Sheffield University udtrykte det, påvirker materialer hinanden og ændrer hinandens egenskaber, og de skal ses som et helt nyt metamateriale med unikke egenskaber, så én plus én giver ikke to. Videnskabsmændene fandt også, at graden af hybridisering er meget afhængig af vridningen af "sandwich", hvor afstanden mellem atomlegitterne i hvert lag ændres.
”Vi fandt, at snoede lag i en heterostruktur skaber en ny supra-atomisk periodicitet kaldet en moire-superlattice,” siger Tartakovsky. En moire-superlattice med en vridningsafhængig periode bestemmer, hvordan egenskaberne af to halvledere hybridiserer."
Professor Tartakovsky tilføjede:”Et mere komplekst billede af samspillet mellem atomtynde materialer i van der Waals heterostrukturer fremkommer. Dette er interessant, fordi det giver adgang til en lang række materialegenskaber, såsom drejelig indstillelig variabel ledningsevne, optiske egenskaber, magnetisme osv. Dette kan og vil blive brugt som nye grader af frihed i udviklingen af apparater baseret på to-dimensionelle materialer.”
Salgsfremmende video:
Du kan læse detaljerne i en artikel, der er offentliggjort i Nature.
Sergey Sysoev