Seit unserer Kindheit sind wir daran gewöhnt, dass man zwei Äpfel bekommt, wenn man einen Apfel zu einem anderen hinzufügt. Das gleiche passiert mit Stiften, Schreibmaschinen und Luftballons. Und in der Physik ist dies nicht unbedingt der Fall. Wenn Sie zwei Filme mit monoatomarer Dicke wie Graphen nahe genug an einen kleinen Abstand bringen, erhalten Sie ein neues Material.
In diesem Fall haben wir noch zwei separate Objekte, die im Prinzip zurückgezogen werden können. Die Wechselwirkung zwischen ihnen beruht auf Van-der-Waals-Kräften - einer relativ schwachen interatomaren elektromagnetischen Wechselwirkung. Das Ergebnis ist ein neues Material (Heterostruktur), dessen Eigenschaften weniger durch seine chemische Zusammensetzung als vielmehr durch die Anordnung der Schichten bestimmt werden. Ein Zwei- (oder Mehrschicht-) Film kann gebogen und verdrillt werden - und dies führt auch zu einer Änderung seiner physikalischen Eigenschaften.
Ähnliche Experimente werden seit vielen Jahren an Graphen durchgeführt, aber Graphen ist in diesem Fall nicht sehr interessant. Unter den Bedingungen, an die wir gewöhnt sind, gibt es keine verbotene Lücke, die eine Substanz in einen Halbleiter verwandelt. Es sind besondere Anstrengungen erforderlich, um sie zu erzeugen. Es gibt aber auch andere Materialien.
In diesem Fall verwendeten Forscher der University of Sheffield (Großbritannien) Van-der-Waals-Heterostrukturen aus Übergangsmetalldichalkogeniden. Ein kleiner Exkurs ist hier angebracht. Chalkogene sind chemische Elemente der 16. Gruppe des Periodensystems: eine Säule, die von oben mit Sauerstoff und Schwefel beginnt und mit radioaktivem Livermorium endet. Es gibt viele Übergangsmetalle, im Alltag kennen wir Kupfer, Molybdän und Zink am besten.
Die Forscher stellten ein "Sandwich" aus Schichten von Molybdändisilenid (MoSe2) und Wolframdisulfat (WS2) zusammen. Die Leitfähigkeit des resultierenden Materials änderte sich periodisch auf die gleiche Weise, wie der Moiré-Effekt auf zwei gefalteten Tüllvorhängen auftritt.
Wie Professor Alexander Tartakovsky von der Sheffield University es ausdrückte, beeinflussen sich Materialien gegenseitig und verändern ihre Eigenschaften. Sie sollten als völlig neues Metamaterial mit einzigartigen Eigenschaften betrachtet werden, sodass eins plus eins nicht zwei ergibt. Die Wissenschaftler fanden auch heraus, dass der Grad der Hybridisierung stark von der Verdrillung des "Sandwichs" abhängt, während dessen sich der Abstand zwischen den Atomgittern jeder Schicht ändert.
„Wir haben festgestellt, dass das Verdrillen von Schichten in einer Heterostruktur eine neue supraatomare Periodizität erzeugt, die als Moiré-Übergitter bezeichnet wird“, sagt Tartakovsky. Ein Moiré-Übergitter mit einer verdrillungsabhängigen Periode bestimmt, wie die Eigenschaften zweier Halbleiter hybridisieren."
Professor Tartakovsky fügte hinzu: „Es entsteht ein komplexeres Bild der Wechselwirkung atomar dünner Materialien in Van-der-Waals-Heterostrukturen. Dies ist interessant, weil es den Zugriff auf eine Vielzahl von Materialeigenschaften ermöglicht, wie z. B. verdrillbar einstellbare variable Leitfähigkeit, optische Eigenschaften, Magnetismus usw. Dies kann und wird als neue Freiheitsgrade bei der Entwicklung von Geräten auf der Basis zweidimensionaler Materialien verwendet werden.
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Sie können die Details in einem in Nature veröffentlichten Artikel lesen.
Sergey Sysoev