Atom kütlelerini oluşturmanın “Altın Kuralları”

Fizikçiler, süper dalgalı kafesleri hassas bir şekilde hizalamak için bir teknik geliştirdiler ve yeni nesil dalgalı kuantum maddesi olasılığında devrim yarattılar.

Singapur Ulusal Üniversitesi’ndeki (NUS) fizikçiler, bir dizi altın kural kullanarak süper dalgalı kafeslerin hizalamasını hassas bir şekilde kontrol etmek için bir teknik geliştirdiler ve yeni nesil dalgalı kuantum maddesinin ilerlemesinin yolunu açtılar.

Süper hareli kafesler

Moiré desenleri, iki özdeş periyodik yapının aralarında göreceli bir burulma açısı ile veya iki farklı periyodik yapının bir burulma açısı ile veya burulma açısı olmadan üst üste bindirilmesiyle oluşur. Burulma açısı, iki yapının kristal yönelimleri arasındaki açıdır. Örneğin, ne zaman Grafen Altıgen bor nitrür (hBN), üst üste bindirilmiş katmanlara sahip malzemelerdir ve iki yapıdaki atomlar mükemmel şekilde sıralanmamıştır, bu da hareli desen adı verilen girişim saçaklarından oluşan bir model 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 dalga malzemeleriyle karşılaştırıldığında, bu ultra dalga ağı, 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 Arriando liderliğindeki bir araştırma ekibi, bir teknik geliştirdi ve hBN/grafen/hBN süper haresinin kontrollü hizalanmasını başarıyla sağladı. Bu teknik, biri diğerinin üstünde olacak şekilde iki hareli desenin hassas bir şekilde düzenlenmesine olanak tanır. Bu arada araştırmacılar, süper dalgalı ağlar oluşturmak için teknolojilerinin kullanımına rehberlik etmek üzere “Üçlü Altın Kuralı” da formüle ettiler.

Sonuçlar yakın zamanda dergide yayınlandı Doğa İletişimi.

Grafen, altıgen bor nitrürün üst tabakası (T-hBN) ve altıgen bor nitrürün (B-hBN) alt tabakası arasında oluşan bükülmüş açılı (θt ve θb) süper moffered kafesin sanatçının çizimi. Hafif bir yanlış hizalama, süper paspaslı bir kafes deseninin oluşmasına yol açar. Kredi bilgileri: Doğa İletişimi

Zorluklar ve çözümler

Ultra moppy bir grafen kafesi oluşturmanın üç ana zorluğu 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 grafen örneği kullanılsa bile, kenar asimetrisi ve kafes simetrisi konusundaki belirsizlikler nedeniyle çift hizalı hareli kafes elde etme olasılığı 1/8 gibi düşük bir olasılıktır. Üçüncüsü, kenar simetrisi ve kafes simetrisi belirlenebilse de, iki farklı kafes malzemesini hizalamak fiziksel olarak zor olduğundan hizalama hataları genellikle büyüktür (0,5°’den büyük).

Araştırma makalesinin baş yazarı Dr Junxiong Ho şunları söyledi: “Teknolojimiz gerçek hayattaki bir sorunun çözülmesine yardımcı oluyor. Birkaç araştırmacı bana numunenin işlenmesinin genellikle yaklaşık bir hafta sürdüğünü söyledi. Teknolojimiz sayesinde sadece üretim süresini büyük ölçüde kısaltmakla kalmıyor, aynı zamanda performansı da büyük ölçüde artırıyorlar. Kesinlik örneğinin.”

sanatsal vizyonlar

Bilim adamları başlangıçta hBN üst katmanlarının ve grafenin hizalamasını kontrol etmek için “30 derecelik döndürme tekniğini” kullanıyorlar. 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 süper dalga boylu kafesin bant yapısını ayarlayabilirler. Ayrıca bitişik grafit kenarın istifleme hizalaması için bir kılavuz görevi görebileceğini de gösterdiler. Bu çalışmada 20 hareli örneği 0,2°’den daha iyi bir doğrulukla sentezlediler.

Profesör Arriando şunları söyledi: “Teknolojimiz için iki 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 güçlü bir şekilde ilişkili diğer sistemler üzerinde çalışan birçok bilim insanına da fayda sağlaması bekleniyor. Bu teknik gelişme sayesinde, yeni nesil kuantum dalga maddesinin gelişimini hızlandıracağını umuyorum.

gelecekteki çabalar

Şu anda araştırma ekibi, tek katmanlı ultra dalga boylu bir grafen kafesi üretmek ve bu malzeme sisteminin benzersiz özelliklerini keşfetmek için bu teknolojiden yararlanıyor. Dahası, diğer yeni kuantum olaylarını keşfetmek için mevcut teknolojiyi diğer fiziksel sistemlere de yayıyorlar.

Referans: Junxiong Hu, Junyou Tan, M.M. Al-Ezzi, Udvas Chattopadhyay, Jian Gou, Yuntian Zheng, Zihao Wang, Jiayu Chen, Reshmi Thottathil, Jiangbo Luo, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Andrew Thai Shen Wei, Shafik Adam ve A. Arriando, 12 Temmuz 2023, Buradan Erişilebilir. Doğa İletişimi.
doi: 10.1038/s41467-023-39893-5