Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vedle dvojvrstev mají zajímavé vlastnosti i struktury 2D materiálů tvořené 4 vrstvami.
Umístíme-li na sebe dvě vrstvy grafenu a otočíme-li je vůči sobě o „magický“ úhel 1,1 %, dostaneme strukturu se zvláštním vlastnostmi, na jejímž základě lze stavět topologické izolátory i supravodiče. Jde o velmi efektní objev posledních let s řadou potenciálních aplikací. Chování takto pootočených vrstev se zkoumá i u jiných materiálů a objevilo se i speciální pojmenování – twistronika. Vědci z MITu nyní v této oblasti přišli se dvěma novými výzkumy, z nichž oba se dočkaly publikace v Nature.
První studie provedená ve spolupráci s izraelským Weizmann Institute of Science popisuje podrobné snímkování pootočených dvojvrstev grafenu. Podařilo se dosáhnout rozlišení, které umožňuje zaznamenat drobné lokální odchylky od úhlu 1,1°, a to s přesností na 0,002°. Nepřekvapivě, čím menší rozsahy úhlů kolem 1,1°, tím exotičtější vlastnosti příslušné struktury vykazovaly. Podařilo se i určit, jaká je „povolená variabilita“, aby ještě z hlediska elektrické vodivosti nedošlo k degradaci zajímavých vlastností.
Na studii být revoluční především speciální mikroskopická technika. V zásadě by bylo možné použít skenovací tunelovou mikroskopii (STM), nicméně protože tímto způsobem se zaznamená maximálně několik stovek nanometrů čtverečních, změřit úhly na větší ploše by bylo krajně náročné. Bylo třeba pokrýt měřítko mikrometrů s několika miliony atomů. Výzkumníci proto použili tzv. skenování nano-SQID (Superconducting Quantum Interference Device, supravodivé kvantové interferenční zařízení, senzor magnetického pole), kdy se úhel neměřil přímo, ale v závislosti na lokálních magnetických vlastnostech látky (a z toho se úhel dopočítal).
Druhá studie z MITu se zaměřila na strukturu tvořenou nikoliv dvěma, ale čtyřmi vrstvami grafenu. Ukázalo se, že v této podobě materiál reaguje velmi citlivě na určité hodnoty vnějšího elektrického a magnetického pole. 4 vrstvy grafenu ve struktuře a-b-a-b s úhlem 1,1° bylo možné např. dále ladit elektrickým polem, což se u dvojvrstvy prozatím nepodařilo.
Pro přesné řízení vlastností 2D materiálů i pro studium těchto vlastností se proto zdá být perspektivní studovat i čtyřvrstvy.
A. Uri et al. Mapping the twist-angle disorder and Landau levels in magic-angle graphene, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2255-3
Yuan Cao et al. Tunable correlated states and spin-polarized phases in twisted bilayer–bilayer graphene, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2260-6
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology/MIT News
