Le “Regole d’Oro” per costruire le masse atomiche

I fisici hanno sviluppato una tecnica per allineare con precisione reticoli super-ondulati, rivoluzionando la possibilità della prossima generazione di materia quantistica ondulata.

I fisici dell’Università Nazionale di Singapore (NUS) hanno sviluppato una tecnica per controllare con precisione l’allineamento dei reticoli super-oscillanti utilizzando una serie di regole d’oro, aprendo la strada all’avanzamento della prossima generazione di materia quantistica ondulata.

Reticoli supermoiré

I motivi moiré si formano quando due strutture periodiche identiche sono sovrapposte con un angolo di torsione relativo tra loro o due strutture periodiche diverse ma sovrapposte con o senza un angolo di torsione. L’angolo di torsione è l’angolo tra gli orientamenti dei cristalli delle due strutture. Ad esempio, quando Grafene Il nitruro di boro esagonale (hBN) è un materiale con strati sovrapposti uno sopra l’altro e gli atomi nelle due strutture non sono perfettamente allineati, il che crea uno schema di frange di interferenza, chiamato motivo moiré. Ciò porta alla ricostruzione elettronica.

Il motivo moiré nel grafene e nell’hBN è stato utilizzato per creare nuove strutture con proprietà esotiche, come le correnti topologiche e gli stati delle farfalle di Hofstadter. Quando due motivi moiré vengono impilati insieme, viene creata una nuova struttura chiamata rete moiré. Rispetto ai tradizionali materiali a onda singola, questa rete ultra-onda espande la gamma di proprietà del materiale sintonizzabili consentendone l’uso potenziale in una gamma molto più ampia di applicazioni.

Risultati del Dipartimento di Fisica dell’Università NUS

Un gruppo di ricerca guidato dal professor Arriando del Dipartimento di Fisica dell’Università Nazionale di Singapore ha sviluppato una tecnica e ha ottenuto con successo l’allineamento controllato del supermoiré hBN/grafene/hBN. Questa tecnica consente la disposizione precisa di due motivi moiré, uno sopra l’altro. Nel frattempo, i ricercatori hanno anche formulato la “Regola d’oro del tre” per guidare l’uso della loro tecnologia per creare reti super-ondulazione.

I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura.

Illustrazione artistica del reticolo super-moffer con angoli ritorti (θt e θb) formato tra il grafene, lo strato superiore di nitruro di boro esagonale (T-hBN) e lo strato inferiore di nitruro di boro esagonale (B-hBN). Un leggero disallineamento porta alla formazione di un reticolo super-moppy. Credito: Comunicazioni sulla natura

Sfide e soluzioni

Ci sono tre sfide principali nella creazione di un reticolo di grafene ultra-moppy. Innanzitutto, l’allineamento ottico convenzionale si basa in gran parte sui bordi diritti del grafene, ma trovare un wafer di grafene adatto richiede molto tempo e lavoro; In secondo luogo, anche se viene utilizzato il campione di grafene a bordi diritti, esiste una probabilità bassa, pari a 1/8, di ottenere un reticolo moiré a doppio allineamento, a causa delle incertezze sull’asimmetria dei bordi e sulla simmetria del reticolo. In terzo luogo, sebbene sia possibile determinare la simmetria dei bordi e quella del reticolo, gli errori di allineamento sono spesso grandi (maggiori di 0,5°), poiché è fisicamente difficile allineare due diversi materiali del reticolo.

Il dottor Junxiong Ho, autore principale del documento di ricerca, ha dichiarato: “La nostra tecnologia aiuta a risolvere un problema della vita reale. Diversi ricercatori mi hanno detto che di solito ci vuole circa una settimana per elaborare il campione. Con la nostra tecnologia, non solo possono ridurre notevolmente i tempi di produzione, ma anche migliorare notevolmente le prestazioni Precisione del campione.”

visioni artistiche

Gli scienziati stanno utilizzando inizialmente la “tecnica di rotazione di 30 gradi” per controllare l’allineamento degli strati superiori dell’hBN e del grafene. Quindi utilizzano una “tecnica di inversione” per controllare l’allineamento degli strati hBN superiori e degli strati hBN inferiori. Sulla base di questi due metodi, possono controllare la simmetria del reticolo e regolare la struttura delle bande del reticolo della super-lunghezza d’onda del grafene. Hanno inoltre dimostrato che il bordo adiacente in grafite può servire da guida per l’allineamento dell’impilamento. In questo studio, hanno sintetizzato 20 campioni di moiré con una precisione migliore di 0,2°.

Il professor Arriando ha dichiarato: “Abbiamo stabilito tre regole d’oro per la nostra tecnologia che possono aiutare molti ricercatori nella comunità dei materiali bidimensionali. Si prevede che il nostro lavoro porterà benefici anche a molti scienziati che lavorano su altri sistemi fortemente correlati come il grafene a doppio strato ritorto con angolo magico o il grafene multistrato impilato ABC. Attraverso questo miglioramento tecnico, spero che accelererà lo sviluppo della prossima generazione di materia ondulatoria quantistica.

sforzi futuri

Attualmente, il gruppo di ricerca sta sfruttando questa tecnologia per fabbricare un reticolo di grafene a strato singolo con lunghezza d’onda ultra-lunga ed esplorare le proprietà uniche di questo sistema di materiale. Inoltre, stanno anche estendendo la tecnologia esistente ad altri sistemi fisici, per scoprire altri nuovi fenomeni quantistici.

Riferimento: “Allineamento controllato del reticolo superfluido nelle eterostrutture di grafene a doppio allineamento” di 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 e A. Arriando, 12 luglio 2023, disponibile qui. Comunicazioni sulla natura.
doi: 10.1038/s41467-023-39893-5