Думаете, что знаете о материале все? Попробуйте повернуть его — в буквальном смысле слова. Такова основная идея зарождающегося направления в физике конденсированного состояния вещества под названием «твистроника», в рамках которого исследователи радикально меняют свойства двумерных материалов, таких как графен, с помощью едва заметных изменений — например, увеличения угла между слоями с 1,1° до 1,2°. Например, было показано, что скрученные слои графена ведут себя так, как не ведут себя отдельные листы, в том числе как магниты, как электрические сверхпроводники или как противоположность сверхпроводника — изоляторы, и все это за счет небольшого изменения угла скручивания между листами. Теоретически можно придать любое свойство, поворачивая ручку, изменяющую угол скручивания. Однако в реальности все не так просто, говорит физик из Колумбийского университета Кори Дин. Два скрученных слоя графена могут стать похожими на новый материал, но почему именно проявляются эти различные свойства, пока не очень хорошо понятно, не говоря уже о том, что ими можно полностью управлять. Дин и его лаборатория разработали новую простую технологию изготовления, которая может помочь физикам исследовать фундаментальные свойства скрученных слоев графена и других двумерных материалов более систематическим и воспроизводимым способом. Авторы статьи, опубликованной в журнале Science, используют длинные «ленты» графена, а не квадратные хлопья, для создания устройств, которые обеспечивают новый уровень предсказуемости и контроля над углом скручивания и деформацией. Графеновые устройства обычно собирались из атомарно тонких чешуек графена площадью всего несколько квадратных микрометров. В результате угол скручивания между листами фиксируется, и чешуйки сложно ровно уложить друг на друга.
Эти пузырьки и морщинки напоминают изменения угла скручивания между листами и физическую деформацию, возникающую между ними, и могут приводить к произвольному изгибу, прогибанию и сжатию материала. Все эти вариации могут приводить к новым формам поведения, но их трудно контролировать внутри и между устройствами. Ленты могут помочь сгладить ситуацию. Новое исследование лаборатории показывает, что небольшое нажатие на кончик атомно-силового микроскопа позволяет согнуть графеновую ленту в устойчивую дугу, которую затем можно положить плашмя на второй, не изогнутый слой графена. В результате угол скручивания между двумя листами непрерывно изменяется от 0 до 5° по всей длине устройства, причем деформация распределяется равномерно — больше не нужно бороться со случайными пузырями или морщинами.
Команда использовала специальные микроскопы высокого разрешения, чтобы убедиться в том, насколько однородны их устройства. На основе этой пространственной информации они разработали механическую модель, которая предсказывает углы скручивания и значения деформации просто на основе формы изогнутой ленты. Эта первая работа была посвящена описанию поведения и свойств лент графена, а также других материалов, которые могут быть истончены до отдельных слоев и уложены друг на друга. «Это работает со всеми двумерными материалами, которые мы пробовали до сих пор», — отметил Дин. В дальнейшем лаборатория планирует использовать новую методику для изучения того, как меняются фундаментальные свойства квантовых материалов в зависимости от угла закрутки и деформации. Например, предыдущие исследования показали, что два скрученных слоя графена ведут себя как сверхпроводник, когда угол скрутки составляет 1,1. Однако существуют конкурирующие модели, объясняющие возникновение сверхпроводимости при этом так называемом «магическом угле», а также предсказания других магических углов, которые до сих пор было слишком трудно стабилизировать, сказал Дин. С помощью устройств, изготовленных с использованием лент, которые содержат все углы от 0° до 5°, команда может более точно исследовать происхождение этого и других явлений.
11.08.2023 |
Нано
Ученые создали устройство для хранения и передачи информации с помощью света | |
Устройство на основе углеродной нанотрубк... |
Созданы частицы с квантовыми точками для многоразового применения в биомедицине | |
Новые светящиеся микрочастицы, состоящие из&nb... |
В России доказали эффективность нанокомпозитов для лечения атеросклероза | |
Модифицированные нанокомпозиты для лечени... |
Science: Открыт новый метод выращивания полезных квантовых точек | |
Квантовые точки, или полупроводниковые на... |
PNAS: Новый метод поможет собирать в 10 раз больше золота из электронных отходов | |
Губку из оксида графена и хитозана д... |
Nature Nanotechnology: Идет создание упрощенной формы жизни | |
Учёные много лет пытаются понять, как&nbs |
LS&A: Разработан метод синтеза наночастиц высокоэнтропийных сплавов | |
Быстрое создание наночастиц высокоэнтропийных ... |
Nano Letters: Тройные стыки — залог сохранения стабильности наноматериалов | |
Как создать материалы, которые будут прочнее и... |
Nature Nanotechnology: Нанодиски для стимуляции мозга заменят инвазивные электроды | |
Новые магнитные нанодиски разработали учёные и... |
NatComm: Создана основа для практического применения наночастиц в военной связи | |
Новую технологию шифрования связи в видим... |
В СПбГУ усовершенствовали полупроводниковые наноструктуры для оптоэлектроники | |
Учёные Санкт-Петербургского государственного у... |
NatComm: Белки-шапероны помогают обычным белкам принять правильную форму | |
Белки играют важную роль в организме, и&n... |
EMBO Reports: Разработан биологический подход для изучения паттернинга тканей | |
Как морфогены в сочетании с клеточно... |
LS&A: Разработан хиральный нанокомпозит для зондирования сероводорода | |
С развитием нанотехнологий создано много искус... |
NatComm: Созданы чувствительные к магнитному полю спиновые кубиты из нанотрубок | |
Нанотрубки из нитрида бора, BNNTs, содерж... |
NatNanotechnol: Силоксановые наночастицы целятся точно в органы при мРНК терапии | |
Инженеры из Пенсильвании открыли новый сп... |
ACS Nano: Открыты светопоглощающие свойства ахиральных материалов | |
Исследователи из Университета Оттавы сдел... |
Nature Communications: Наноструктуры на дне океана намекают на зарождение жизни | |
Исследователи из Центра устойчивого ресур... |
ACS Nano: Искусственный паучий шелк превратят в медицинские материалы | |
Скоро Хэллоуин, пора украшать дома страшными в... |
AFM: Антибактериальные поверхности из графена уничтожат 99,9% патогенов | |
Графен, обладающий сильными бактерицидными сво... |
Российские ученые подтвердили эффективность золотых наночастиц против опухолей | |
Исследование показало, что эффектив... |
Physical Review Letters: Ученые подобрались ближе к искоренению наношума | |
Благодаря наноразмерным устройствам исследоват... |
ACS Nano: Новое открытие улучшит дизайн микроэлектронных устройств | |
Как работает электроника нового поколения и&nb... |
Small: Совершен прорыв в создании пленок с использованием оксида графена | |
Исследовательская группа из Университета ... |
В УГНТУ разработали установку по переработке печной сажи в графен | |
Установку, которая перерабатывает печную сажу&... |
Nature Photonics: Уникальный нанодиск продвигает исследования в области фотоники | |
Нанообъект с уникальными оптическими свой... |
ТПУ: Графен позволяет управлять свойствами диэлектриков с высоким преломлением | |
Учёные Инженерной школы неразрушающего контрол... |
Science: Стало возможным массовое производство металлических нанопроводов | |
Новый метод выращивания крошечных металлически... |
NatNano: Новый метод молекулярной инженерии позволит создавать сложные органоиды | |
Новый метод молекулярной инженерии позволяет в... |
NatComm: Нанобиосенсоры открывают широкие возможности в медицинской диагностике | |
Биосенсоры — это устройства, к... |