Физика с изюминкой: как наложение слоев меняет свойства графена
Физики из Университета штата Флорида и Национальной лаборатории сильных магнитных полей сделали важное открытие в области исследования графена — уникального двумерного материала, состоящего из одного слоя углеродных атомов. Легкий и сверхпрочный, графен давно привлекает внимание ученых благодаря своей высокой проводимости и перспективам в сфере нанотехнологий и электроники. Новое исследование показывает, как манипуляции с его структурой — такие как наложение и скручивание слоев — влияют на его свойства.
Исследование, возглавленное профессором Гуанксин Ни, сосредоточилось на изучении двухслойного скрученного графена, расположенного на слое нитрида бора — прозрачного кристалла, который усиливает эффект взаимодействия света и материи. Оказалось, что проводимость и оптические свойства графена в таких системах зависят не столько от угла скручивания или химического допирования, сколько от образования уникальных муаровых структур, состоящих из сложного наложения геометрических узоров.
Муаровый эффект возникает если наложить один слой графена на другой под небольшим углом. В результате образуется «суперрешетка», или двойной узор, создающий особую текстуру и влияющий на электронные свойства графена.
«Ранее большинство исследований рассматривали только один угол скручивания, но нам удалось изучить материалы с разными углами и создать двойные муаровые структуры, которые раскрыли новые свойства графена,» пояснил аспирант и соавтор работы Тай Уилсон.
Команда использовала сканирующий оптический микроскоп для изучения плазмонов — крошечных волн энергии, возникающих при синхронном движении электронов. Микроскоп позволил исследователям осветить образец инфракрасным светом и создать высокодетализированные изображения, которые выявили уникальные особенности двойной муаровой структуры. Оказалось, что даже при изменении частот света и введении химических примесей оптические свойства материала оставались почти неизменными, что указывает на большую роль самой структуры двойного муара.
Профессор Патрик Кларк, еще один соавтор исследования, подчеркнул важность полученных данных для развития технологий. «Наши результаты показывают, что многослойные структуры на основе графена обладают потенциалом для создания материалов с заданными оптическими свойствами, которые могут быть полезны в таких сферах, как тепловизионные технологии и оптические переключатели для процессоров,» отметил Кларк.
Команда уверена, что их метод позволяет исследовать локальные оптические свойства двумерных систем и предоставляет ученым новые инструменты для контроля и оптимизации свойств графена. В будущем ученые намерены продолжить изучение двойных муаровых структур и исследовать другие уникальные явления, которые могут быть использованы для создания новых оптических материалов с нужными характеристиками.
Ранее ученые разработали «искусственный нос» на основе графена для распознавания токсичных газов.
