«Золотые правила» построения атомных масс.

Модель часов показывает выравнивание вращения часовой стрелки (верхний hBN), минутной стрелки (средний графен) и секундной стрелки (нижний hBN). Комбинация верхнего hBN, среднего графена и нижнего hBn приводит к образованию муаровой сверхрешетчатой ​​структуры в центре часов. Предоставлено: Национальный университет Сингапура.

Физики разработали метод точного выравнивания сверхволнистых решеток, что произвело революцию в возможности создания волнистой квантовой материи следующего поколения.

Физики из Национального университета Сингапура (NUS) разработали метод точного управления выравниванием сверхколеблющихся решеток с помощью набора золотых правил, прокладывая путь для развития следующего поколения волнистой квантовой материи.

Решетки супермуар

Муаровые узоры образуются, когда две идентичные периодические структуры накладываются с относительным углом скручивания между ними или две разные периодические структуры, но накладываются с углом скручивания или без него. Угол скручивания — это угол между ориентациями кристаллов двух структур. Например, когда Графен Гексагональный нитрид бора (hBN) представляет собой материалы, слои которых наложены друг на друга, причем атомы в двух структурах выстроены не идеально, что создает картину интерференционных полос, называемую муаровой картиной. Это приводит к электронной реконструкции.

Муаровый узор в графене и hBN использовался для создания новых структур с экзотическими свойствами, такими как топологические токи и состояния бабочки Хофштадтера. Когда два муаровых узора складываются вместе, создается новая структура, называемая муаровой сетью. По сравнению с традиционными одноволновыми материалами, это ультраволновое полотно расширяет диапазон настраиваемых свойств материала, что позволяет потенциально использовать его в гораздо более широком диапазоне применений.

Достижения кафедры физики НУС Университета

Исследовательская группа под руководством профессора Арриандо с факультета физики Национального университета Сингапура разработала методику и успешно добилась контролируемого выравнивания супермуара hBN/графен/hBN. Эта техника позволяет точно расположить два муаровых узора, один поверх другого. Между тем, исследователи также сформулировали «Золотое правило трех», которое поможет использовать их технологию для создания сверхволновых сетей.

Результаты были недавно опубликованы в журнале Природные коммуникации.

Художественная иллюстрация супергофрированной решетки с закрученными углами (θt и θb), образованной между графеном, верхним слоем гексагонального нитрида бора (T-hBN) и нижним слоем гексагонального нитрида бора (B-hBN). Небольшое перекос приводит к образованию супермягкого решетчатого рисунка. Фото: Nature Communications

Проблемы и решения

Есть три основные проблемы при создании ультрамягкой графеновой решетки. Во-первых, обычное оптическое выравнивание во многом зависит от прямых краев графена, но поиск подходящей графеновой пластины требует много времени и труда; Во-вторых, даже если используется образец графена с прямыми краями, существует низкая вероятность получения двунаправленной муаровой решетки (1/8) из-за неопределенностей в отношении асимметрии краев и симметрии решетки. В-третьих, хотя симметрию ребер и симметрию решетки можно определить, ошибки совмещения часто велики (более 0,5 °), поскольку физически сложно совместить два разных материала решетки.

Доктор Джунсюн Хо, ведущий автор исследования, сказал: «Наша технология помогает решить реальную проблему. Несколько исследователей рассказали мне, что обработка образца обычно занимает около недели. Благодаря нашей технологии они могут не только значительно сократить время производства, но и значительно улучшить производительность. Точность образца».

художественные видения

Первоначально ученые использовали «технику вращения на 30 градусов», чтобы контролировать выравнивание верхних слоев hBN и графена. Затем они используют «метод инверсии», чтобы контролировать выравнивание верхних и нижних слоев hBN. На основе этих двух методов они могут контролировать симметрию решетки и регулировать зонную структуру сверхволновой решетки графена. Они также показали, что прилегающий край графита может служить ориентиром для выравнивания стопки. В этом исследовании они синтезировали 20 образцов муара с точностью лучше 0,2°.

Профессор Арриандо сказал: «Мы установили три золотых правила для нашей технологии, которые могут помочь многим исследователям в области двумерных материалов. Ожидается, что наша работа также принесет пользу многим ученым, работающим над другими сильно коррелированными системами, такими как двухслойный графен, скрученный под магическим углом, или многослойный графен, сложенный ABC. Я надеюсь, что это техническое усовершенствование ускорит разработку следующего поколения квантово-волновой материи.

будущие усилия

В настоящее время исследовательская группа использует эту технологию для изготовления однослойной ультраволновой решетки графена и изучения уникальных свойств этой материальной системы. Более того, они также распространяют существующие технологии на другие физические системы, чтобы открыть другие новые квантовые явления.

Ссылка: «Контролируемое выравнивание сверхтекучей решетки в гетероструктурах графена с двойным выравниванием», авторы Цзюньсюн Ху, Джуню Тан, М.М. Аль-Эззи, Удвас Чаттопадхьяй, Цзянь Гоу, Юньтян Чжэн, Цзихао Ван, Цзяю Чен, Решми Тоттатил, Цзянбо Луо, Кенджи Ватанабэ, Такаши Танигучи, Эндрю Тай Шен Вэй, Шафик Адам и А. Арриандо, 12 июля 2023 г., доступно здесь. Природные коммуникации.
дои: 10.1038/s41467-023-39893-5