Birkaç yıl önce, fizikçiler, grafen gibi bir elektronik malzemenin atomik olarak iki ince katmanının istiflenmesinin ve ustaca bükülmesinin, malzemenin özelliklerini değiştiren ve hatta bir süper iletken haline getirebilen bir desen oluşturduğunu öğrendiler. Bu üst üste binmiş ızgara, iki pencere ekranının hafifçe çarpık olması durumunda ortaya çıkacak gibi, Moiré deseni denir.
Ama neden orada duruyorsun? Her katman biraz farklı açılarda bükülmüş üçüncü bir katman ekleniyor, Supermoiré desenleri (Moiré’den Moiré olarak da bilinen) olarak bilinen daha karmaşık parazitler üretiyor. Supermoiré paterni, elektronların malzemeden nasıl hareket ettiği konusunda derin değişikliklere neden olur, ancak yakın zamana kadar bilim adamları tam olarak hangi değişiklikleri ve nedenini ölçmekte zorluk çekmişlerdir.
Şimdi, Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’ndaki (Denizler) uygulamalı fizikçiler, trilayer grafendeki süpermoiré desenlerinin özelliklerini daha önce mümkün olmayan bir ölçüde araştırmak için özel olarak tasarlanmış bir mikroskop kullanmışlardır. Mikroskoplarını kullanarak, elektronların sıkışıp kalacağı veya olağandışı gruplar oluşturacağı birçok yeni madde durumu gördüler, bu da tüm sistemin elektronik davranışında değişikliklere yol açtı ve kapıları tam olarak kontrol edilebilir özelliklere sahip katmanlı materyalleri incelemeye yol açtılar.
Yayınlandı Bilimaraştırma, eski Harvard Quantum Girişim Ödülü Doktora Sonrası Yonglong Xie ve Mallinckrodt Fizik ve Uygulamalı Fizik Profesörü Amir Yacoby Laboratuarında çalışan eski deniz lisansüstü öğrencisi Andrew Pierce tarafından ortaklaşa liderlik etti.
Bükülmüş trilayer malzemelerde görülebilen ultra uzun süpermoiré desenleri, bazıları tarafından sadece iki katman olduğunda ortaya çıkan daha basit Moiré yapılarının ortasında küçük bir sonucun kusurları olarak düşünülmüştür. Yeni Harvard kağıdı, süpermoiré mühendisliği kavramını varsaymaya zorlayan ve tanıtan-bu özel malzemelerin genel özelliklerini ortaya çıkarmak için bir prob olarak ilave desen olarak kullanılabilir. Supermoiré deseni nispeten büyüktür ve kolay kontrol edilebilir, bu da ince elektronik ve diğer uygulamalar için egzotik yeni malzemeler tasarlama potansiyeli sunar.
Cornell’de doktora sonrası araştırmacı olan Pierce, “Bu çalışmaya girmek, bana süpermoiré’nin herhangi bir şey için iyi olduğunu düşünüp düşünmediğimi sorarsanız, muhtemelen sadece bir sıkıntı olacağını söylerdim.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Ama bize sistem hakkında yeni bilgiler verdiği ortaya çıktı – bizimkilerden başka tekniklere ulaşmak zor olacak bilgi.”
Supermoiré paternlerinin anlaşılması, kalıpların bir numunedeki farklı bölgeler arasında önemli ölçüde değişebileceği gerçeğiyle sınırlandırılmıştır. Bu sorunu çözmek için araştırmacılar, Yacoby’nin denizlerde laboratuvarında geliştirilen, yaklaşık 100 nanometrelik uzamsal çözünürlükle materyalleri inceleyebilen ve tek tek elektronlardaki bozulmalara duyarlı olan tek elektron transistör mikroskoblarını kullandılar. Uçta bir sensör bulunan keskin bir iğne numuneyi tarar ve bu ayrıntıları yakalar.
Mikroskop, ekibin iki ve üç katmanlı grafende Moiré ve Supermoiré desenlerinde ve piksel başına ortaya çıkan elektronik özelliklerde çok küçük değişiklikler tespit etmesine izin verdi. Bu miktarlar arasındaki korelasyonları analiz ederek, özellikle süpermoiré modellerinin tüm sistemi nasıl etkilediğine dair yeni bilgiler topladılar.
Rice Üniversitesi’nde yardımcı doçent olan Xie, “Şimdiye kadar büyük ölçüde gözden kaçan bu ek uzun menzilli kalıp, ana malzemenin malzeme özelliklerini anlamak için bir prob olarak kullanılabilir.” Dedi.
Sonuçlar, süperiletkenlik olarak bilinen elektronların kayıpsız iletimi de dahil olmak üzere kuantum fenomenlerinin anlaşılmasını artırabilir ve çoklu ayarlanabilir özellikler içeren yeni nesil malzemelere yol açabilir.
