Atom kütlelerini oluşturmanın “altın kuralları”

Fizikçiler, ultra dalgalı kafesleri hassas bir şekilde hizalamak için yeni nesil dalgalı kuantum maddesi olasılığında devrim yaratan bir teknik geliştirdiler.

Singapur Ulusal Üniversitesi’ndeki (NUS) fizikçiler, bir dizi altın kural kullanarak dalgalı süper örgülerin hizalamasını hassas bir şekilde kontrol etmek için bir teknik geliştirdiler ve dalgalı kuantum maddenin yeni neslinin önünü açtılar.

Supermoiré kelepçeleri

Moiré desenleri, iki özdeş periyodik yapı, aralarında göreceli bir burulma açısı ile veya iki farklı periyodik yapı, ancak aralarında bir burulma açısı olsun veya olmasın üst üste bindirildiğinde oluşturulur. Burulma açısı, iki yapının kristalografik yönelimleri arasındaki açıdır. Örneğin, ne zaman Grafen Altıgen bor nitrür (hBN), üst üste katmanlanan katmanlı bir malzemedir ve iki yapıdaki atomlar mükemmel şekilde hizalanmaz, hareli desen adı verilen bir girişim saçakları modeli oluşturur. Bu elektronik yeniden yapılanmaya yol açar.

Grafen ve hBN’deki hareli desen, topolojik akımlar ve Hofstadter kelebek durumları gibi egzotik özelliklere sahip yeni yapılar oluşturmak için kullanıldı. İki hareli desen bir araya getirildiğinde hareli ağ adı verilen yeni bir yapı oluşturulur. Geleneksel tek oluklu malzemelerle karşılaştırıldığında, bu süper oluklu ağ, ayarlanabilir malzeme özellikleri aralığını genişleterek çok daha geniş bir uygulama yelpazesinde potansiyel kullanıma olanak tanır.

NUS Üniversitesi Fizik Bölümü Başarıları

Singapur Ulusal Üniversitesi Fizik Bölümü’nden Profesör Ariando liderliğindeki bir araştırma ekibi, bir teknik geliştirdi ve hBN/grafen/hBN süper hare ağının kontrollü hizalanmasını sağlamayı başardı. Bu teknik, biri diğerinin üstünde olmak üzere iki hareli desenin hassas şekilde düzenlenmesine olanak sağlar. Bu arada araştırmacılar, süper dalgalı ağlar oluşturmak için tekniklerinin kullanımına rehberlik etmek üzere “üçlü altın kural”ı da formüle ettiler.

Sonuçlar yakın zamanda dergide yayınlandı Doğa İletişimi.

Grafen ile altıgen bor nitrürün (T-hBN) üst katmanı ve altıgen bor nitrürün (B-hBN) alt katmanı arasında oluşan bükülmüş köşelere (θt ve θb) sahip üst kafesin sanatsal gösterimi. Hafif bir yanlış hizalama, süper dalgalı bir ağ deseninin oluşmasına neden olur. Kredi bilgileri: Doğa İletişimi

Zorluklar ve çözümler

Ultra dalgalı grafen ağının oluşturulmasında üç ana zorluk vardır. Birincisi, geleneksel optik hizalama büyük ölçüde grafenin düz kenarlarına dayanır, ancak uygun bir grafen levha bulmak zaman alıcı ve emek yoğun bir iştir; İkincisi, düz kenarlı bir grafen örneği kullanılsa bile, kenar asimetrisi ve kafes simetrisinin belirsizliğinden dolayı, çift hizalı bir süper dalgalanma kafesi elde etme olasılığı 1/8 kadar düşüktür. Üçüncüsü, kenar simetrisi ve ağ simetrisi belirlenebilse de, iki farklı ağ malzemesini hizalamak fiziksel olarak zor olduğundan hizalama hataları genellikle büyüktür (0,5°’den büyük).

Araştırma makalesinin baş yazarı Dr. Junxiong Hu şunları söyledi: “Teknolojimiz gerçek hayattaki bir sorunun çözülmesine yardımcı oluyor. Birkaç araştırmacı bana numuneyi hazırlamanın genellikle yaklaşık bir hafta sürdüğünü söyledi. Teknolojimiz sayesinde sadece üretim süresini büyük ölçüde kısaltmakla kalmıyorlar, aynı zamanda büyük ölçüde iyileştirebiliyorlar. Kesinlik örneğinin.”

Sanatsal görüşler

Bilim insanları başlangıçta üst hBN ve grafen katmanlarının hizalamasını kontrol etmek için “30 derecelik döndürme tekniği” kullanıyor. Daha sonra üst hBN katmanlarının ve alt hBN katmanlarının hizalamasını kontrol etmek için bir “inversiyon tekniği” kullanırlar. Bu iki yönteme dayanarak, kafes simetrisini kontrol edebilir ve grafen üst kafesinin bant yapısını ayarlayabilirler. Ayrıca bitişik bir grafit kenarın istifleme hizalaması için bir kılavuz görevi görebileceğini de gösterdiler. Bu çalışmada 0,2 dereceden daha iyi bir doğrulukla 20 hareli örnek ürettiler.

Profesör Ariando şunları söyledi: “Teknolojimiz için 2 boyutlu malzeme topluluğundaki birçok araştırmacıya yardımcı olabilecek üç altın kural belirledik. Çalışmamızın aynı zamanda sihirli açılı bükülmüş çift katmanlı grafen veya ABC yığılmış çok katmanlı grafen gibi birbirine güçlü şekilde bağlı diğer sistemler üzerinde çalışan birçok bilim insanına da fayda sağlaması bekleniyor. Bu teknik gelişme sayesinde, yeni nesil dalga kuantum maddesinin gelişimini hızlandıracağını umuyorum.

Gelecekteki Çalışmalar

Şu anda araştırma ekibi, tek katmanlı süper dalgalı bir grafen ağı oluşturmak ve bu malzeme sisteminin benzersiz özelliklerini keşfetmek için bu teknolojiden yararlanıyor. Dahası, diğer yeni kuantum olaylarını keşfetmek için mevcut tekniği diğer fiziksel sistemlere de genişletiyorlar.

Referans: Junxiong Hu, Junyou Tan, Mohamad M. Al Ezzi, Udvas Chattopadhyay, Jian Gou, Yuntian Zheng, Zihao Wang, Jiayu Chen, Reshmi Thottathil, Jiangbo Luo, Kenji Watanabe tarafından yazılan “Çift hizalanmış grafen heteroyapılarında süper dalga kafesinin kontrollü hizalanması” , Takashi Taniguchi, Andrew Thi Chien Wei, Shafik Adam ve A. Ariando, 12 Temmuz 2023, Doğa İletişimi.
doi: 10.1038/s41467-023-39893-5