Sedan barndomen är vi vana vid att när du lägger ett äpple till ett annat får du två äpplen. Samma sak händer med pennor, skrivmaskiner och ballonger. Och i fysiken är detta inte nödvändigtvis fallet. Om du tar med två filmer av monoatomisk tjocklek, som grafen, tillräckligt nära till ett litet avstånd, får du ett nytt material.
I det här fallet har vi fortfarande två separata föremål, som i princip kan dras tillbaka. Interaktionen mellan dem beror på van der Waals-krafter - en relativt svag interatomisk elektromagnetisk interaktion. Resultatet är ett nytt material (heterostruktur), vars egenskaper bestäms inte så mycket av dess kemiska sammansättning som av skiktets arrangemang. En två- (eller flera) -lagersfilm kan böjas och vridas - och detta leder också till en förändring av dess fysiska egenskaper.
Liknande experiment har utförts på grafen under många år, men grafen i detta fall är inte särskilt intressant. Under de förhållanden vi är vana vid, har den inte ett förbjudet gap som förvandlar ett ämne till en halvledare, särskilda ansträngningar krävs för att skapa det. Men det finns andra material.
I detta fall använde forskare från University of Sheffield (Storbritannien) van der Waals heterostrukturer gjorda av övergångsmetalldikalkogenider. Här är en liten försämring lämplig. Kalkogener är kemiska element i den 16: e gruppen i det periodiska systemet: en kolonn som börjar med syre och svavel uppifrån och slutar med radioaktivt levermorium. Det finns många övergångsmetaller, i vardagen är vi mest bekanta med koppar, molybden och zink.
Forskarna sätter ihop en "sandwich" av lager av molybden disilenid (MoSe2) och volfram disulfate (WS2). Konduktiviteten hos det resulterande materialet ändrades periodvis på samma sätt som moiré-effekten visas på två hopfällbara tyllgardiner.
Som professor Alexander Tartakovsky från Sheffield University uttryckte det, påverkar material varandra och förändrar varandras egenskaper, och de bör betraktas som ett helt nytt metamaterial med unika egenskaper, så en plus en ger inte två. Forskarna fann också att graden av hybridisering är mycket beroende av vridningen av "smörgåsen", under vilken avståndet mellan atomgitterna i varje lager ändras.
"Vi fann att vridning av lager i en heterostruktur skapar en ny supra-atomisk periodicitet som kallas moire-superlattice," säger Tartakovsky. En moire-superlattice med en vridningsberoende period avgör hur egenskaperna hos två halvledare hybridiserar."
Professor Tartakovsky tillade:”En mer komplex bild av samverkan mellan atomiskt tunna material i van der Waals heterostrukturer dyker upp. Detta är intressant eftersom det ger tillgång till ett brett spektrum av materialegenskaper, såsom vridjusterbar variabel konduktivitet, optiska egenskaper, magnetism, etc. Detta kan och kommer att användas som nya grader av frihet vid utveckling av enheter baserade på tvådimensionella material.
Kampanjvideo:
Du kan läsa detaljerna i en artikel publicerad i Nature.
Sergey Sysoev