Že od otroštva smo navajeni, da ko dodaš eno jabolko v drugo, dobiš dve jabolki. Enako se zgodi s svinčniki, pisalnimi stroji in baloni. In v fiziki to ni nujno tako. Če prinesete dva filma monoatomske debeline, kot je grafen, dovolj blizu majhne razdalje, dobite nov material.
V tem primeru bomo imeli še dva ločena predmeta, ki ju načeloma lahko potegnemo nazaj. Interakcija med njima je posledica van der Waalsovih sil - razmeroma šibka interatomska elektromagnetna interakcija. Rezultat je nov material (heterostruktura), katerega lastnosti ne določajo toliko zaradi njegove kemične sestave, kot zaradi razporeditve slojev. Dvo- (ali več) slojevit film se lahko upogne in zvije - in to vodi tudi do spremembe njegovih fizikalnih lastnosti.
Podobni poskusi se na grafenu izvajajo že vrsto let, vendar grafen v tem primeru ni zelo zanimiv. V pogojih, ki smo jih navajeni, nima prepovedane vrzeli, ki bi snov pretvorila v polprevodnik, za njeno ustvarjanje so potrebna posebna prizadevanja. Ampak, obstajajo tudi drugi materiali.
V tem primeru so raziskovalci z univerze v Sheffieldu (Združeno kraljestvo) uporabili heterostrukture van der Waals, narejene iz dihalkogenidov prehodnih kovin. Tu je primerna majhna digresija. Chalcogenes so kemični elementi 16. skupine periodične tabele: stolpec, ki se začne z kisikom in žveplom od zgoraj in se konča z radioaktivnim jetrnomorijom. Prehodnih kovin je veliko, v vsakdanjem življenju jih najbolj poznamo baker, molibden in cink.
Raziskovalci so sestavili "sendvič" plasti molibdenovega disilenida (MoSe2) in volframovega disulfata (WS2). Vodljivost nastalega materiala se je občasno spreminjala na enak način, kot se pojavlja moiré učinek na dveh zloženih tilskih zavesah.
Kot je dejal profesor Aleksander Tartakovski z univerze Sheffield, materiali vplivajo drug na drugega in medsebojno spreminjajo lastnosti, zato jih je treba obravnavati kot popolnoma nov metamaterial z edinstvenimi lastnostmi, zato en plus eden ne daje dveh. Znanstveniki so tudi ugotovili, da je stopnja hibridizacije močno odvisna od zvijanja "sendviča", med katerim se spreminja razdalja med atomskimi rešetkami vsake plasti.
"Ugotovili smo, da zvijanje plasti v heterostrukturi ustvarja novo supatomsko periodičnost, imenovano moire superlatica," pravi Tartakovsky. Moire superlatica z obdobjem, ki je odvisno od zasuka, določa, kako se lastnosti dveh polprevodnikov hibridizirajo."
Profesor Tartakovsky je dodal: Pojavlja se bolj zapletena slika interakcije atomsko tankih materialov v vanstrualizacijskih heterostrukturah. To je zanimivo, ker omogoča dostop do številnih lastnosti materiala, kot so spremenljiva prevodnost, nastavljiva z zasukom, optične lastnosti, magnetizem itd. To se lahko in bo uporabilo kot nove stopnje svobode pri razvoju naprav, ki temeljijo na dvodimenzionalnih materialih.
Promocijski video:
Podrobnosti lahko preberete v članku, objavljenem v reviji Nature.
Sergej Sysoev