Физики представили новую технологию изготовления графеновых устройств

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.

Представьте себе графен в виде кусочков саранской пленки — когда вы соединяете два кусочка вместе, получаются случайные морщинки и пузырьки, — говорит постдок Бьярке Йессен, соавтор статьи.

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.

Нам больше не нужно делать 10 отдельных устройств с 10 различными углами наклона, чтобы посмотреть, что получится, — говорит постдок и соавтор работы Маэль Капфер (Maëlle Kapfer).

Кроме того, теперь мы можем контролировать деформацию, чего совершенно не было в предыдущих устройствах.

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.

То, что мы делаем, похоже на квантовую алхимию: берем материал и превращаем его в нечто другое. Теперь у нас есть платформа для систематического изучения того, как это происходит, — заключает Джессен.

11.08.2023


Подписаться в Telegram



Нано

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками

Инженеры разработали наноразмерные татуировки&...

Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани
Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани

Самое удивительное, что они там, каж...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса