Încă din copilărie, suntem obișnuiți cu faptul că atunci când adăugați un măr la altul, primiți două mere. Același lucru se întâmplă și cu creioanele, mașinile de scris și baloanele. Și în fizică acest lucru nu este neapărat cazul. Dacă aduceți două filme cu grosimea monoatomică, precum grafenul, suficient de aproape de o distanță mică, veți obține un material nou.
În acest caz, vom mai avea două obiecte separate, care, în principiu, pot fi trase înapoi. Interacțiunea dintre ele se datorează forțelor van der Waals - o interacțiune electromagnetică interatomică relativ slabă. Rezultatul este un material nou (heterostructura), ale cărui proprietăți sunt determinate nu atât de compoziția sa chimică, cât și de dispunerea straturilor. Un film cu două straturi (sau mai multe) poate fi îndoit și răsucit - și acest lucru duce, de asemenea, la o schimbare a proprietăților sale fizice.
Experimente similare au fost efectuate pe grafen de mai mulți ani, dar grafenul în acest caz nu este foarte interesant. În condițiile în care suntem obișnuiți, nu are un decalaj interzis care transformă o substanță într-un semiconductor, sunt necesare eforturi speciale pentru crearea acesteia. Există însă și alte materiale.
În acest caz, cercetătorii de la Universitatea din Sheffield (Marea Britanie) au folosit heterostructuri van der Waals realizate din dichalcogenide de metal de tranziție. O mică digresiune este potrivită aici. Chalcogenii sunt elemente chimice din grupul al 16-lea al tabelului periodic: o coloană care începe cu oxigen și sulf din partea de sus și se termină cu ficat de radioactiv. Există multe metale de tranziție, în viața de zi cu zi suntem cei mai familiarizați cu cupru, molibden și zinc.
Cercetătorii au pus la dispoziție un „sandwich” cu straturi de disilenidă de molibden (MoSe2) și disulfat de tungsten (WS2). Conductivitatea materialului rezultat s-a schimbat periodic în același mod în care efectul moiré apare pe două perdele de tul pliate.
După cum a spus profesorul Alexander Tartakovsky de la Universitatea Sheffield, materialele se influențează reciproc și își schimbă proprietățile celuilalt, iar acestea ar trebui privite ca un metamaterial complet nou, cu proprietăți unice, astfel încât unul în plus nu dă două. De asemenea, oamenii de știință au descoperit că gradul de hibridizare depinde în mare măsură de răsucirea „sandvișului”, timp în care se schimbă distanța dintre zăbrele atomice ale fiecărui strat.
„Am descoperit că răsucirea straturilor într-o heterostructură creează o nouă periodicitate supra-atomică numită superlativ moire”, spune Tartakovsky. Un superlativ moire cu o perioadă dependentă de răsucire determină modul în care se hibridizează proprietățile a doi semiconductori."
Profesorul Tartakovsky a adăugat: „O imagine mai complexă a interacțiunii materialelor subțiri atomic în heterostructurile van der Waals apare. Este interesant, deoarece permite accesul la o gamă largă de proprietăți ale materialului, cum ar fi conductibilitatea variabilă reglabilă la răsucire, proprietățile optice, magnetismul etc. Acest lucru poate și va fi utilizat ca noi grade de libertate în dezvoltarea dispozitivelor bazate pe materiale bidimensionale.
Video promotional:
Puteți citi detaliile într-un articol publicat în Nature.
Sergey Sysoev