새로운 기술은 적층된 2D 재료의 비틀림 각도와 변형률을 체계적으로 평가합 니다.

재료에 대해 모든 것을 알고 있다고 생각하십니까? 말 그대로 비틀어 보세요. 이것이 “twistronics”라고 불리는 응집 물질 물리학의 새로운 분야의 주요 아이디어입니다. 연구자들은 그래핀과 같은 2차원 물질의 특성을 1.1°에서 1.2°로 미세한 변화를 통해 극적으로 변화시킵니다. 쌓인 레이어 사이의 각도. 예를 들어, 그래핀의 꼬인 층은 시트 사이의 비틀림 각도의 작은 변화로 인해 자석처럼, 전기 초전도체처럼 또는 초전도체의 반대편 절연체처럼 작용하는 것을 포함하여 단일 시트가 하지 않는 방식으로 동작하는 것으로 나타났습니다.

이론적으로 트위스트 각도를 변경하는 노브를 돌려 모든 속성에 전화를 걸 수 있습니다. 그러나 실상은 그리 간단하지 않다고 컬럼비아 물리학자 코리 딘은 말합니다. 두 개의 꼬인 그래핀 층은 새로운 물질처럼 될 수 있지만, 이러한 서로 다른 특성이 나타나는 정확한 이유는 아직 완전히 제어할 수 있는 것은 말할 것도 없고 잘 이해되지 않습니다.

Dean과 그의 연구실은 물리학자들이 보다 체계적이고 재현 가능한 방식으로 그래핀 및 기타 2D 재료의 꼬인 층의 기본 특성을 조사하는 데 도움이 될 수 있는 간단한 새로운 제조 기술을 제시했습니다. 사이언스에서 그들은 네모난 박편이 아닌 그래핀의 긴 “리본”을 사용하여 새로운 수준의 예측 가능성을 제공하고 비틀림 각도와 변형을 모두 제어할 수 있는 장치를 만듭니다.

그래핀 장치는 일반적으로 몇 제곱 마이크로미터에 불과한 원자 두께의 그래핀 박편으로 조립되었습니다. 시트 사이의 비틀림 각도가 제자리에 고정되고 플레이크를 매끄럽게 겹겹이 쌓기가 까다로울 수 있습니다. 논문의 공동 저자인 Bjarke Jessen 박사후 연구원은 “사란 랩 조각으로 그래핀을 상상해보세요. 두 조각을 함께 넣으면 임의의 작은 주름과 거품이 생깁니다.”라고 말했습니다. 이러한 거품과 주름은 시트 사이의 비틀림 각도의 변화와 그 사이에서 발생하는 물리적 변형과 유사하며 재료가 무작위로 구부러지고 구부러지고 끼일 수 있습니다. 이러한 모든 변형은 새로운 동작을 생성할 수 있지만 장치 내에서 그리고 장치 간에 제어하기 어려웠습니다.

리본은 일을 부드럽게 하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 연구실의 새로운 연구는 원자력 현미경의 끝에서 조금만 밀면 그래핀 리본을 안정된 원호로 구부려서 두 번째의 구부러지지 않은 그래핀 층 위에 평평하게 놓을 수 있음을 보여줍니다. 그 결과 장치 길이에 걸쳐 0°에서 5°에 이르는 두 시트 사이의 비틀림 각도가 지속적으로 변하고 스트레인이 전체에 고르게 분포되어 더 이상 임의의 기포나 주름이 발생하지 않습니다. 박사후 연구원이자 공동 저자인 Maëlle Kapfer는 “우리는 더 이상 무슨 일이 일어나는지 보기 위해 10개의 다른 각도로 10개의 개별 장치를 만들 필요가 없습니다.”라고 말했습니다. “그리고 이제 우리는 이전의 꼬인 장치에서 완전히 부족했던 변형을 제어할 수 있습니다.”

팀은 장치가 얼마나 균일한지 확인하기 위해 특수 고해상도 현미경을 사용했습니다. 이 공간 정보를 사용하여 곡선 리본의 모양을 기반으로 비틀림 각도와 변형 값을 예측하는 기계 모델을 개발했습니다.

이 첫 번째 논문은 그래핀 리본뿐만 아니라 단일 층으로 얇아지고 서로 쌓일 수 있는 기타 재료의 거동과 특성을 특성화하는 데 중점을 두었습니다. Dean은 “지금까지 시도한 모든 2D 재료와 함께 작동했습니다.”라고 말했습니다. 여기에서 연구실은 새로운 기술을 사용하여 양자 재료의 기본 특성이 비틀림 각도와 변형의 함수로 어떻게 변하는지 탐구할 계획입니다. 예를 들어, 이전 연구에서는 꼬인 각이 1.1일 때 두 개의 꼬인 그래핀 층이 초전도체처럼 작용한다는 것을 보여주었습니다. 그러나 지금까지 안정화하기가 너무 어려웠던 추가 마법 각도의 예측뿐만 아니라 소위 “마법의 각도”에서 초전도성의 기원을 설명하기 위한 경쟁 모델이 있다고 Dean은 말했습니다. 0°에서 5° 사이의 모든 각도를 포함하는 리본으로 만든 장치를 통해 팀은 이 현상 및 기타 현상의 기원을 보다 정확하게 탐색할 수 있습니다.

“우리가 하고 있는 일은 양자 연금술과 같습니다. 물질을 취하여 다른 것으로 바꾸는 것입니다. 이제 우리는 그것이 어떻게 일어나는지 체계적으로 탐구할 수 있는 플랫폼을 갖게 되었습니다.”라고 Jessen은 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/08/230811115522.htm