Исследователи сформулировали «золотые правила» контроля выравнивания решеток супермуара

29 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Национального университета Сингапура

Физики Национального университета Сингапура (NUS) разработали метод, позволяющий точно контролировать выравнивание решеток супермуара с помощью набора золотых правил, прокладывая путь к развитию муаровой квантовой материи следующего поколения.

Муаровые узоры образуются, когда две одинаковые периодические структуры накладываются с относительным углом закручивания между ними или две разные периодические структуры, но накладываются с углом закручивания или без него. Угол закручивания — это угол между кристаллографическими ориентациями двух структур. Например, когда графен и гексагональный нитрид бора (hBN), являющиеся слоистыми материалами, накладываются друг на друга, атомы в двух структурах не выстраиваются идеально, создавая узор интерференционных полос, называемый муаровым узором.

Это приводит к электронной реконструкции. Муаровый узор в графене и hBN использовался для создания новых структур с экзотическими свойствами, такими как топологические токи и состояния бабочки Хофштадтера. Когда два муаровых узора складываются вместе, создается новая структура, называемая решеткой супермуара (см. рисунок выше). По сравнению с традиционными одиночными муаровыми материалами, эта супермуаровая решетка расширяет диапазон настраиваемых свойств материала, что позволяет потенциально использовать его в гораздо более широком спектре приложений.

Исследовательская группа под руководством профессора Ариандо с факультета физики НУС разработала методику и успешно реализовала контролируемое выравнивание супермуаровой решетки hBN/графен/hBN. Эта техника позволяет точно расположить два муаровых узора, один поверх другого. Тем временем исследователи также сформулировали «Золотое правило трех», которым можно руководствоваться при использовании своей техники для создания решеток супермуара. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.

При создании супермуаровой решетки графена возникают три основные проблемы. Во-первых, традиционное оптическое выравнивание сильно зависит от прямых краев графена, но поиск подходящей графеновой чешуйки требует много времени и труда; Во-вторых, даже если используется образец графена с прямыми краями, существует низкая вероятность (1/8) получить двойную решетку супермуара из-за неопределенности ее краевой киральности и симметрии решетки. В-третьих, хотя краевую киральность и симметрию решетки можно определить, ошибки выравнивания часто оказываются большими (более 0,5 градуса), поскольку физически сложно совместить два разных материала решетки.

Доктор Цзюньсюн Ху, ведущий автор исследовательской работы, сказал: «Наша методика помогает решить реальную проблему. Многие исследователи говорили мне, что на изготовление образца им обычно уходит почти неделя. С помощью нашей техники они могут не только значительно сокращает время изготовления, но и значительно повышает точность образца».

Исследователи вначале используют технику вращения на 30 градусов, чтобы контролировать выравнивание верхних слоев hBN и графена. Затем они используют технику переворота, чтобы контролировать выравнивание верхнего и нижнего слоев hBN. На основе этих двух методов они могут контролировать симметрию решетки и настраивать зонную структуру супермуаровой решетки графена. Они также показали, что соседний край графита может служить ориентиром для выравнивания стопки. В этом исследовании они изготовили 20 образцов муара с точностью лучше 0,2 градуса.