Блог

Nov 08, 2023

Скрученный графит предлагает огромный потенциал в разработке материалов

Заполните форму ниже, и мы вышлем вам по электронной почте PDF-версию книги «Витой графит предлагает огромный потенциал в разработке материалов». Заполните форму ниже, чтобы разблокировать доступ ко ВСЕМ аудио-статьям.

Заполните форму ниже, и мы вышлем вам по электронной почте PDF-версию статьи «Витой графит предлагает огромный потенциал в разработке материалов».

Заполните форму ниже, чтобы разблокировать доступ ко ВСЕМ аудиостатьям.

Твистроникс, область физики конденсированного состояния, изменяет свойства двумерных материалов, регулируя угол между слоями. Исследователи Колумбийского университета разработали метод использования графеновых лент для систематического контроля угла закручивания и деформации, что помогает изучать поведение квантовых материалов, таких как сверхпроводимость.

Думаете, что знаете все о материале? Попробуйте придать этому поворот — в буквальном смысле. Это основная идея развивающейся области физики конденсированного состояния, называемой «твистроника», которая заставляет исследователей радикально менять свойства двумерных материалов, таких как графен, с тонкими изменениями — всего лишь переходом от 1,1° до 1,2° — угла наклона. между сложенными слоями. Например, было показано, что скрученные слои графена ведут себя так, как не ведут себя отдельные листы, в том числе действуют как магниты, как электрические сверхпроводники или как противоположность сверхпроводника, изоляторы, и все это из-за небольших изменений угла скручивания между листами.

Подпишитесь на ежедневный информационный бюллетень Technology Networks, чтобы каждый день доставлять последние научные новости прямо на ваш почтовый ящик.

Теоретически вы можете настроить любое свойство, повернув ручку, изменяющую угол поворота. Реальность, однако, не так проста, говорит физик из Колумбийского университета Кори Дин. Два скрученных слоя графена могут стать чем-то вроде нового материала, но почему именно проявляются эти разные свойства, до конца не понятно, не говоря уже о том, чем пока можно полностью управлять.

Дин и его лаборатория разработали новую простую технологию изготовления, которая может помочь физикам исследовать фундаментальные свойства скрученных слоев графена и других двумерных материалов более систематическим и воспроизводимым способом. В своей статье в Science они используют длинные «ленты» графена, а не квадратные чешуйки, для создания устройств, которые предлагают новый уровень предсказуемости и контроля как над углом поворота, так и над деформацией.

«Нам больше не нужно делать 10 отдельных устройств с 10 разными углами, чтобы увидеть, что происходит. И теперь мы можем контролировать нагрузку».

Графеновые устройства обычно собираются из пластинок графена толщиной всего в несколько квадратных микрометров. Полученный угол скручивания между листами фиксируется на месте, и хлопья сложно сложить плавно. «Представьте себе графен как кусочки сарановой пленки — когда вы соединяете два куска вместе, вы получаете случайные маленькие морщинки и пузырьки», — сказал постдок Бьярке Джессен, соавтор статьи. Эти пузыри и морщины сродни изменениям угла скручивания между листами и физическому напряжению, которое возникает между ними и может привести к случайному короблению, изгибу и сдавливанию материала. Все эти вариации могут привести к новому поведению, но ими сложно управлять внутри и между устройствами.

Ленты могут помочь сгладить ситуацию. Новое исследование лаборатории показывает, что с помощью всего лишь небольшого толчка кончика атомно-силового микроскопа они могут согнуть графеновую ленту в устойчивую дугу, которую затем можно разместить плашмя поверх второго, неизогнутого слоя графена. Результатом является непрерывное изменение угла скручивания между двумя листами в диапазоне от 0° до 5° по длине устройства с равномерно распределенной нагрузкой по всей длине — больше не нужно бороться со случайными пузырьками или морщинами. «Нам больше не нужно создавать 10 отдельных устройств с 10 разными углами, чтобы увидеть, что произойдет», — сказала постдок и соавтор Маэль Капфер. «И теперь мы можем контролировать напряжение, которого совершенно не было в предыдущих витых устройствах».

Команда использовала специальные микроскопы с высоким разрешением, чтобы подтвердить, насколько однородны их устройства. Используя эту пространственную информацию, они разработали механическую модель, которая предсказывает углы скручивания и значения деформации, просто основываясь на форме изогнутой ленты.