İki boyutlu malzeme katmanlarının üst üste istiflenmesi ve aralarındaki bükülme açısının değiştirilmesi, bunların elektronik özelliklerini büyük ölçüde değiştirir. İşin püf noktası, büküm açısını tam olarak doğru ayarlamak ve bunu ne zaman yaptığınızı bilmektir. Çin'deki araştırmacılar şimdi bu zorluğun ikinci kısmına yardımcı olacak bir teknik geliştirdiler. Bilim adamlarının yerel bükülme açılarındaki değişiklikleri doğrudan görselleştirmesine olanak tanıyan yeni teknik, bükülmüş malzemelerin elektronik yapısına ışık tutuyor ve bu malzemelerin özelliklerinden yararlanan cihazların gelişimini hızlandırıyor.

Grafen (sadece bir atom kalınlığında karbonun 2 boyutlu formu) elektronik bant aralığına sahip değildir. Üst üste istiflenmiş bir çift grafen katmanı da yoktur. Ancak yığına altıgen bor nitrür (hBN) adı verilen başka bir 2 boyutlu malzeme eklenirse bant boşluğu ortaya çıkar. Bunun nedeni, hBN'nin kafes sabitinin (atomlarının nasıl düzenlendiğinin bir ölçüsü) grafeninkiyle hemen hemen aynı olması, ancak tam olarak aynı olmamasıdır. Biraz uyumsuz olan grafen ve hBN katmanları, hareli üst kafes olarak bilinen daha büyük bir yapı oluşturur ve bu üst kafeste yakındaki atomlar arasındaki etkileşimler bir boşluğun oluşmasına izin verir. Katmanlar daha sonra daha fazla yanlış hizalanacak şekilde bükülürse, kafes etkileşimleri zayıflar ve bant aralığı kaybolur.

Geleneksel malzemelerde bu tür değişikliklerin gerçekleştirilmesi genellikle bilim adamlarının malzemelerin kimyasal bileşimini değiştirmesini gerektirir. 2 boyutlu bir malzemenin katmanları arasındaki büküm açısını değiştirmek tamamen farklı bir yaklaşımdır ve ilgili olasılıklar, bükümtronik olarak bilinen yeni bir cihaz mühendisliği alanını başlatmıştır. Sorun, bükülme açılarının kontrol edilmesinin zor olmasıdır ve eğer bir numunenin farklı alanları eşit olmayan şekilde dağılmış bükülmüş açılar içeriyorsa, numunenin elektronik özellikleri bölgeden bölgeye değişiklik gösterecektir. Bu, yüksek performanslı cihazlar için ideal olmaktan uzaktır, bu nedenle araştırmacılar bu tür homojensizlikleri daha kesin bir şekilde görselleştirmenin yollarını araştırıyorlar.

SMIM'e dayalı yeni bir yöntem

Yeni çalışmada, liderliğindeki bir ekip Hong-Jun Gao ve Şiyu Zhu arasında Fizik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisitarafından yakın zamanda geliştirilen taramalı mikrodalga empedans mikroskobu (sMIM) adı verilen bir yöntemi uyarladı. Zhixun Shen ve meslektaşları Stanford Üniversitesi ABD'de. Uyarlanan yöntem, örneğe bir dizi kapı voltajının uygulanmasını ve SMIM verilerindeki farklı konumlardaki iletkenlik dalgalanmalarının analiz edilmesini içerir. Zhu, "Bu süreç, tamamen dolu elektronik bantların göstergesi olan hareli bant boşluklarına karşılık gelen geçit voltajlarını sağlayarak, hareli süper kafes ve yerel bükülme açıları hakkındaki ayrıntıları doğrudan ortaya çıkarıyor" diye açıklıyor.

Araştırmacılar bu yöntemi meslektaşları tarafından üretilen yüksek kaliteli bükülmüş çift katmanlı grafen örnekleri üzerinde test ettiğinde Qianying Hu, Yang Xu ve Jiawei Husayesinde bükülme açılarındaki değişiklikleri doğrudan tespit edebildiler. Ayrıca lokalize alanların iletkenliği hakkında da bilgi topladılar ve düzlem dışı manyetik alanlar uygulayarak kuantum Hall durumları ve Chern yalıtkanları gibi diğer elektronik durumları karakterize ettiler. Zhu, "Bu ölçümleri eş zamanlı olarak yaptık" diye belirtiyor. "Bu, farklı yerel bükülme açısı koşulları altında doğrudan kuantum durum bilgisini elde etmemizi sağladı."

Yeni tekniğin, birkaç mikronluk mesafelerde yerel bükülme açılarında yaklaşık 0.3°'lik belirgin değişiklikler ortaya çıkardığını ekliyor. Ayrıca ekibin, sıkıştırılabilirliği ölçmek için tek elektronlu transistörleri veya manyetik alanları ölçmek için nanoSQUID'leri kullanan alternatif yöntemlerle mümkün olmayan yerel iletkenliği ölçmesine de olanak sağladı. Dahası, yalıtkan bir BN katmanıyla kaplanmış bükülmüş iki katmanlı grafen numuneleri için yeni yöntem, yalıtım katmanına nüfuz edebildiği için geleneksel taramalı tünelleme mikroskobuna göre önemli bir avantaja sahiptir.

Yeni kuantum durumlarını keşfetmek

Zhu, "Çalışmamız, bükülmüş iki boyutlu bir malzemenin alanları içindeki ve arasındaki yerel bükülme açısı değişimini ortaya çıkardı" diyor. Fizik dünyası. "Bu, numunenin mikroskobik durumuna ilişkin anlayışımızı derinleştirdi ve daha önce 'toplu ortalama' ölçümlerinde gözlemlenen birçok deneysel olguyu açıklamamıza olanak sağladı. Aynı zamanda makroskobik olarak gözlemlenmesi zor olan yeni kuantum durumlarını keşfetmenin bir yolunu sağlayarak mikroskobik bir perspektiften içgörüler sunuyor."

Grafen şeritler büküm teknolojisini geliştiriyor

Bu ölçümler sayesinde, bükülmüş iki boyutlu malzemelerdeki yerel bükülme açılarının eşitsizliğinin artık yeni kuantum durumlarının incelenmesine engel olmaması gerektiğini ekliyor. "Bunun yerine, gözlemlediğimiz yerel bükülme açılarının zengin dağılımı sayesinde, tek bir örnekte birden fazla yerel bükülme açısı koşulu ve bant yapısı koşulları altında çeşitli kuantum durumlarını eşzamanlı olarak karşılaştırmak artık mümkün olmalı."

Araştırmacılar artık tekniklerini daha geniş bir yelpazedeki bükümlü sistemlere ve heteroyapılı hareli sistemlere (örneğin bükülmüş çift katmanlı MoTe gibi malzemelere) genişletmeyi hedefliyorlar.₂ ve WSe₂/ WS₂. Ayrıca toplu ortalama ölçümleri yapmak ve bu sonuçları yeni yöntemlerini kullanarak yerel ölçümlerle karşılaştırmak istiyorlar.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/local-twist-angles-in-graphene-come-into-view/