Luglio 1, 2022

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I modelli mostrano proprietà uniche dei materiali 2D che sono enfatizzate da substrati specifici

Gli atomi fanno cose strane quando vengono spinti fuori dalla loro zona di comfort. Gli ingegneri della Rice University hanno escogitato un nuovo modo per dare loro una spinta.

Il teorico dei materiali Boris Jakobson e il suo team della George R. Brown School of Engineering di Rice hanno teorizzato che cambiare i contorni di uno strato di materia bidimensionale, e quindi cambiare le relazioni tra i suoi atomi, potrebbe essere più facile di quanto si pensasse.

Mentre altri deformano strati 2D – due strati sovrapposti – di grafene e simili per alterarne la topologia, i ricercatori Rice suggeriscono, attraverso modelli computerizzati, che la crescita o la sigillatura di materiali 2D a strato singolo su una superficie ondulata accuratamente progettata otterrebbe un “effetto unico . “preceduto da”. livello di controllo” sulle loro proprietà magnetiche ed elettroniche.

Dicono che questa scoperta apra la strada all’esplorazione di molteplici effetti corporei e alle interazioni tra più particelle microscopiche, inclusi i sistemi quantistici.

L’articolo di Jakobson e di due ex studenti, coautori Sunny Gupta e Henry Yu, dal suo laboratorio appare in natura della comunicazione.

I ricercatori sono stati ispirati da recenti scoperte secondo cui torcere o distorcere i doppi strati di materiali bidimensionali come il grafene a doppio strato in “angoli magici” porta a interessanti fenomeni elettronici e magnetici, inclusa la superconduttività.

I loro modelli mostrano che invece di deformarsi, semplicemente stampare o far crescere un materiale 2D come il nitruro di boro esagonale (hBN) su una superficie irregolare sollecita naturalmente il reticolo del materiale, permettendogli di formare campi. effetti fisici. Simile a quello del materiale ritorto.

L’hBN piatto è un isolante, ma i ricercatori hanno scoperto che lo stress degli atomi nel loro modello crea strutture a strisce, rendendoli semiconduttori.

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Il vantaggio della loro strategia, ha detto Gupta, è che la deformazione è altamente controllabile dalle sporgenze della superficie perché i substrati possono essere modellati con precisione utilizzando la litografia a fascio di elettroni. “Consentirà anche l’alterazione controllata degli stati elettronici e degli effetti quantistici progettando substrati con una topografia diversa”, ha affermato.

Poiché la carica può essere manipolata per fluire in una direzione, il percorso che segue è tipico dei sistemi 1D. Questo può essere utilizzato per esplorare le proprietà dei sistemi quantistici 1D a cui non è possibile accedere con il grafene contorto, ha affermato Jakobson.

“Immaginate una strada a una corsia in cui le auto possono muoversi solo in una direzione”, ha detto Gupta. “L’auto non può sorpassare l’auto che le precede, quindi il traffico si muoverà solo quando tutte le auto si muovono in massa.

“Questo non è il caso in 2D o quando hai più corsie, dove le auto – o gli elettroni – possono passare”, ha detto. “Come le automobili, gli elettroni in un sistema 1D fluiranno collettivamente, non individualmente. Ciò rende i sistemi 1D speciali per la fisica ricca e inesplorata”.

Sarebbe molto più facile realizzare un substrato robusto utilizzando un fascio di elettroni piuttosto che torcere strati 2D di grafene o altre strutture eterogenee come l’hBN a meno di un grado di risoluzione, ha affermato Gupta.

“Inoltre, si possono realizzare stati quantistici unidimensionali, a cui normalmente non è possibile accedere ruotando gli strati bidimensionali”, ha affermato. Questo esplorerà gli effetti fisici unidimensionali che sono rimasti in gran parte elusivi fino ad ora. »

Jakobson è il Carl F. Haselman Engineering e Professore di Scienza dei Materiali, Nanoingegneria e Chimica.

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L’Ufficio di ricerca dell’esercito degli Stati Uniti (W911NF-16-1-0255) e l’Ufficio di ricerca navale (N00014-18-1-2182) hanno supportato la ricerca. Le risorse informatiche sono state fornite dalla struttura XSEDE della National Science Foundation.

Fonte della storia:

Materiali offerto da università del riso. Originale di Mike Williams. Nota: il contenuto può essere modificato in base allo stile e alla lunghezza.