Sciencemag.cz
Doporučujeme
Dvě vrstvy grafenu pootočené vůči sobě o „magický“ úhel 1,1° představují materiál s unikátními vlastnostmi – může se jednat o supravodiče, superizolanty i topologické materiály. Ve skutečnosti ale existuje nepřeberná řada možností, jak grafen uspořádat a vrstvy různě kombinovat; i mezi pootočeními o 1,1° a 1,2° je téměř nekonečně stavů. Twistronika zde ovšem naráží na problém. Materiály s potřebnou přesností je obtížné připravit; to brání nejen jejich efektivnímu průmyslovému využití, ale představuje překážku už při samotném výzkumu.
Ideální by samozřejmě bylo mít k dispozici nějaké zařízení, kde bychom jenom nastavil úhel pootočení a o zbytek by se již postaral automatizovaný systém. Jak uvádějí autoři nového výzkumu Cory Dean a Bjarke Jessen z Columbia University, tahle to ovšem dosud fungovalo pouze teoreticky: když k sobě přiložíme dvě grafenové vločky tlusté jeden atom a o ploše milimetrů čtverečních, vytvoří se reálně náhodné vrásky a bublinky, takže nejprve bude třeba mikroskopování apod. techniky, abychom zjistili, co za materiál jsme vůbec připravili. Navíc dodatečně už druhou vrstvu nepootočíme. Materiál se v důsledku mechanického napětí může různě prohýbat, jinak deformovat nebo i lámat. I když následně detekujeme nějaké unikátní vlastnosti, problém bude s reprodukovatelností experimentu.
Autoři nové studie proto navrhují namísto vloček používat grafenové pásky. Nový výzkum ukazuje, že stačí jen trochu zatlačit na hrot mikroskopu atomárních sil (AFM) a grafenovou pásku je možné ohnout do stabilního oblouku, který lze poté položit naplocho na druhou, nezakřivenou grafenovou vrstvu.
Výsledkem je plynulá změna úhlu zkroucení mezi oběma vrstvami, která se pohybuje od 0° do 5° po celé délce materiálu, navíc s rovnoměrně rozloženým mechanickým napětím po celé délce; a už žádné náhodné bubliny nebo vrásky, se kterými by bylo třeba se potýkat. „Už nemusíme vyrábět 10 samostatných uspořádání s 10 různými úhly, abychom zjistili, co se stane,“ uvádí spoluautorka studie Maëlle Kapfer. „Nyní navíc můžeme řídit deformace, což u předchozích zařízení pro přípravu pootočených dvojvrstev grafenu nebylo vůbec možné.“
Vědci použili speciální mikroskopy s vysokým rozlišením, aby potvrdili, že úhly pootočení/zkroucení a hodnoty deformace v různých místech materiálu jednoduše závisejí na základě tvaru zakřivené stuhy (prostě úhel se mění jako gradient/definovaná funkce apod.).
Novou techniku by mělo jít dobře využít ke zkoumání toho, jak se mění základní vlastnosti kvantových materiálů v závislosti na úhlu zkroucení/pootočení a deformaci. Vlastně takto dokážeme najednou připravit hned téměř nekonečně vzorků a zkoumat je vedle sebe. I jen co se týče supravodivosti: existují nejen různá vysvětlení týkající se fungování úhlu 1,1°, ale i předpovědi dalších magických úhlů (a tyto předpovědi se v závislosti na výchozích modelech/teoretických předpokladech pochopitelně liší). Prozatím vše funguje v rozsahu pootočení 0° až 5°. I tak ale podle autorů výzkumu díky tomu to, co se dosud provádělo víceméně zkusmo („jako alchymie“), nyní umožňuje systematické zkoumání.
Maëlle Kapfer et al, Programming twist angle and strain profiles in 2D materials, Science (2023). DOI: 10.1126/science.ade9995
Zdroj: Columbia University / Phys.org
