2차원 물질의 층을 서로 겹쳐 쌓고 그 사이의 비틀림 각도를 변화시키면 전자 특성이 크게 변경됩니다. 비결은 비틀기 각도를 정확히 맞추고 언제 그렇게 했는지 아는 것입니다. 중국의 연구원들은 이제 이 과제의 두 번째 부분을 돕는 기술을 개발했습니다. 과학자들이 국소 비틀림 각도의 변화를 직접 시각화할 수 있게 함으로써 새로운 기술은 비틀린 재료의 전자 구조를 밝히고 그 특성을 활용하는 장치의 개발을 가속화합니다.

그래핀(단지 원자 2개 두께의 2차원 탄소 형태)에는 전자 밴드 갭이 없습니다. 한 쌍의 그래핀 층이 서로 겹쳐져 있는 것도 아닙니다. 그러나 육방정계 질화붕소(hBN)라는 또 다른 XNUMXD 재료를 스택에 추가하면 밴드 갭이 나타납니다. 이는 hBN의 격자 상수(원자가 배열되는 방식을 나타내는 척도)가 그래핀의 격자 상수와 거의 동일하지만 정확하지는 않기 때문입니다. 그래핀과 hBN의 약간 불일치한 층은 모아레 초격자(moiré superlattice)로 알려진 더 큰 구조를 형성하며, 이 초격자에서 근처 원자 사이의 상호 작용으로 인해 틈이 형성됩니다. 그런 다음 층을 비틀어 더 어긋나게 정렬하면 격자 상호 작용이 약해지고 밴드 갭이 사라집니다.

기존 재료에서 이러한 변화를 얻으려면 일반적으로 과학자가 재료의 화학적 구성을 변경해야 합니다. 2D 재료의 레이어 간 비틀림 각도를 변경하는 것은 완전히 다른 접근 방식이며, 이와 관련된 가능성은 트위스트론닉스(twistronics)로 알려진 새로운 장치 엔지니어링 분야를 시작했습니다. 문제는 비틀림 각도를 제어하기 어렵고, 샘플의 여러 영역에 고르지 않게 분포된 비틀림 각도가 포함된 경우 샘플의 전자 특성이 위치에 따라 달라진다는 것입니다. 이는 고성능 장치에 이상적인 것과는 거리가 멀기 때문에 연구자들은 이러한 불균일성을 보다 정확하게 시각화하는 방법을 모색해 왔습니다.

sMIM 기반의 새로운 방법

이번 신작에서는 팀이 이끄는 가오홍준 와 주 시유 의 중국과학원 물리학연구소, 최근 개발된 주사 마이크로파 임피던스 현미경(sMIM)이라는 방법을 채택했습니다. 셴 지순 의 동료들과 Stanford University 미국에서. 적응된 방법에는 샘플에 다양한 게이트 전압을 적용하고 sMIM 데이터의 다양한 위치에서 전도도 변동을 분석하는 작업이 포함됩니다. "이 프로세스는 완전히 채워진 전자 밴드를 나타내는 모아레 밴드 갭에 해당하는 게이트 전압을 제공하여 모아레 초격자 및 국부 비틀림 각도에 대한 세부 정보를 직접 공개합니다."라고 Zhu는 설명합니다.

연구원들이 동료들이 제작한 고품질의 꼬인 이중층 그래핀 샘플에 대해 이 방법을 테스트했을 때 Qianying Hu, Yang Xu 및 Jiawei Hu, 그들은 비틀림 각도의 변화를 직접 감지할 수 있었습니다. 그들은 또한 국부적인 영역의 전도도에 대한 정보를 수집하고 평면 외 자기장을 적용하여 양자 홀 상태 및 Chern 절연체와 같은 다른 전자 상태를 특성화했습니다. Zhu는 "우리는 이러한 측정을 동시에 수행했습니다."라고 말했습니다. "이를 통해 우리는 다양한 국부 비틀림 각도 조건에서 양자 상태 정보를 직접 얻을 수 있었습니다."

새로운 기술은 수 마이크론의 거리에 걸쳐 약 0.3°의 국부적 비틀림 각도의 현저한 변화를 보여주었다고 그는 덧붙입니다. 또한 팀은 압축성을 측정하기 위해 단일 전자 트랜지스터를 사용하거나 자기장을 측정하기 위해 nanoSQUID를 사용하는 대체 방법으로는 불가능한 국소 전도도를 측정할 수 있었습니다. 더욱이, 절연 BN 층으로 덮인 꼬인 이중층 그래핀 샘플의 경우, 새로운 방법은 절연 층을 관통할 수 있기 때문에 기존의 주사 ​​터널링 현미경에 비해 상당한 이점을 가지고 있습니다.

새로운 양자 상태 탐색

"우리의 연구는 뒤틀린 2차원 재료의 영역 내와 영역 사이의 국부적인 비틀림 각도 변화를 밝혀냈습니다."라고 Zhu는 말합니다. 물리 세계. “이를 통해 샘플의 미세한 상태에 대한 이해가 깊어졌으며 이전에 '벌크 평균화' 측정에서 관찰된 많은 실험 현상을 설명할 수 있게 되었습니다. 또한 거시적으로 관찰하기 어려운 새로운 양자 상태를 탐색할 수 있는 방법을 제공하여 미시적인 관점에서 통찰력을 제공합니다.”

그래핀 리본으로 트위스트론틱스 발전

이러한 측정 덕분에 뒤틀린 2차원 물질의 국지적 비틀림 각도의 불균일성은 더 이상 새로운 양자 상태 연구에 방해가 되지 않을 것이라고 그는 덧붙였습니다. "대신, 우리가 관찰한 국부 비틀림 각도의 풍부한 분포 덕분에 이제 단일 샘플의 여러 국부 비틀림 각도 조건과 밴드 구조 조건에서 다양한 양자 상태를 동시에 비교할 수 있어야 합니다."

연구원들은 이제 그들의 기술을 더 넓은 범위의 꼬인 시스템과 이종구조 모아레 시스템으로 확장하는 것을 목표로 하고 있습니다(예: 꼬인 이중층 MoTe와 같은 재료).₂ 및 WSe₂/ WS₂. 그들은 또한 대량 평균 측정을 수행하고 이러한 결과를 새로운 방법을 사용하여 로컬 측정과 비교하려고 합니다.

• SEO 기반 콘텐츠 및 PR 배포. 오늘 증폭하십시오.
• PlatoData.Network 수직 생성 Ai. 자신에게 권한을 부여하십시오. 여기에서 액세스하십시오.
• PlatoAiStream. 웹3 인텔리전스. 지식 증폭. 여기에서 액세스하십시오.
• 플라톤ESG. 탄소, 클린테크, 에너지, 환경, 태양광, 폐기물 관리. 여기에서 액세스하십시오.
• PlatoHealth. 생명 공학 및 임상 시험 인텔리전스. 여기에서 액세스하십시오.
• 출처: https://physicsworld.com/a/local-twist-angles-in-graphene-come-into-view/