Исследователи штата Техас исследуют технологию наноматериалов

Исследование наноматериалов сегодня является одной из самых динамичных областей научных исследований в мире. На атомном уровне обычные материалы и соединения могут располагаться и комбинироваться новыми способами для получения новых свойств, которых раньше не было, но доступ к этим свойствам при объединении разрозненных материалов оказался невозможным.

Новое исследование, частично проведенное в Техасском государственном университете, показало, что сложенные друг на друга слои гексагонального нитрида бора (hBN) могут создавать периодический настраиваемый электрический потенциал (муаровый потенциал). Муаровый потенциал может радикально изменить состояние электронов, что приведет к появлению экзотических электронных и оптических свойств, таких как сверхпроводимость.

Возможность настройки муарового потенциала позволяет материалам достигать более широкого диапазона новых электронных состояний.

Группа исследователей под руководством Йоичи Мияхара, доцента кафедры физики и участника программы материаловедения, инженерии и коммерциализации в штате Техас, и Сяоцинь Элейн Ли, профессора кафедры физики и Центра комплексных квантов в Техасский университет в Остине добился этого значительного прорыва. Аспирант Донг Сеоб Ким с кафедры физики и Центра сложных квантовых систем Техасского университета в Остине является ведущим автором, а его вклад вносят аспиранты физики штата Техас Рой К. Домингес, Риго Майорга-Луна и Митчелл Форд. об исследовании «Электростатический муаровый потенциал скрученных слоев hBN», опубликованном в журнале Nature Materials (nature.com/articles/s41563-023-01637-7). hBN — один из наиболее важных наноматериалов, используемых в исследованиях. Расположенный в двумерных листах толщиной всего в один атом, известный как материал Ван-дер-Ваальса, этот исключительно тонкий материал обычно используется в качестве изолирующей подложки для оптоэлектроники. Оптоэлектронные устройства используют преимущества квантовой механики и физического воздействия света на материалы на атомном или субатомном уровне.

Вертикально сложенные материалы Ван-дер-Ваальса содержат широкий спектр коррелированных электронных фаз, которые могут оказаться полезными для наноматериалов.

Исследователи демонстрируют, что слои hBN, сложенные под углом закручивания (t-hBN), демонстрируют возможность настройки периодического электронного потенциала, тем самым обеспечивая доступ к более широкому диапазону коррелированных электронных фаз материала.

Когда два кристалла с несколько разной ориентацией накладываются друг на друга, они создают муаровый узор, который представляет собой новую крупномасштабную решетчатую структуру, возникающую в результате интерференции исходных кристаллических решеток. Поскольку периодический электрический потенциал изменяет поведение электронов в материалах, способность создавать периодический потенциал с настраиваемым периодом и глубиной является ключевым элементом для достижения новых захватывающих свойств материала. t-hBN потенциально может быть использован для придания экзотических свойств материалам в других материалах Ван-дер-Ваальса, которые включают графен и дихалькогениды переходных металлов при помещении на многослойный слой t-hBN.