Gyerekkora óta megszokjuk, hogy amikor egy almát hozzáadunk a másikhoz, akkor két almát kapunk. Ugyanez történik a ceruzákkal, írógépekkel és léggömbökkel. És a fizikában nem feltétlenül ez a helyzet. Ha két monoatómiai vastagságú filmet hoz, például a grafént, elég közel egy kis távolságra, akkor új anyagot kap.
Ebben az esetben továbbra is két különálló tárgyunk lesz, amelyeket elvileg vissza lehet húzni. A kölcsönhatás között a van der Waals erők hatnak - ez egy viszonylag gyenge interatomikus elektromágneses kölcsönhatás. Az eredmény egy új anyag (heterostruktúra), amelynek tulajdonságait nem annyira a kémiai összetétele határozza meg, mint a rétegek elrendezése. A két (vagy több) rétegű film hajlítható és csavart lehet - és ez fizikai tulajdonságainak megváltozásához is vezet.
Hasonló kísérleteket végeztek a grapénnel sok éven át, de a grafén ebben az esetben nem túl érdekes. A megszokott körülmények között nincs olyan tiltott rés, amely az anyagot félvezetővé változtatja; ennek létrehozásához külön erőfeszítésekre van szükség. De vannak más anyagok is.
Ebben az esetben a sheffieldi egyetem (Nagy-Britannia) kutatói átmeneti fém-dichalkogenidekből készített van der Waals heterostruktúrákat használtak. Itt helyénvaló egy kis eltérés. A kalkogének a periódusos rendszer 16. csoportjának kémiai elemei: egy oszlop, amely felső részén oxigénnel és kénnel kezdődik, és radioaktív májmóniummal végződik. Sok átmeneti fémek vannak, a mindennapi életben a legjobban ismerjük a réz, a molibdén és a cink.
A kutatók molibdén-disilenid (MoSe2) és volfrám-diszulfát (WS2) rétegek "szendvicsét" állították össze. A kapott anyag vezetőképessége időről időre megváltozik, ugyanúgy, mint a moiré hatás két hajtogatott tüllfüggönyön.
Ahogy a Sheffield Egyetem Alexander Tartakovsky professzora elmondta, az anyagok befolyásolják egymást és megváltoztatják egymás tulajdonságait, és egy teljesen új, egyedi tulajdonságokkal bíró anyagnak kell tekinteni, tehát egy plusz egy nem ad kettőt. A tudósok azt is megállapították, hogy a hibridizáció mértéke nagyban függ a "szendvics" elcsavarodásától, amelynek során az egyes rétegek atomrácsai közötti távolság megváltozik.
"Megállapítottuk, hogy a heteroszerkezetben lévő rétegek csavarodása új szupra-atom periodicitást hoz létre, amelyet moire-superlattice-nek hívnak" - mondja Tartakovsky. A csavartól függő periódussal rendelkező moire szuperrács meghatározza, hogyan hibridizálódnak a két félvezető tulajdonságai."
Tartakovsky professzor hozzátette: „Összetettebb képet kap az atomilag vékony anyagok kölcsönhatásáról a van der Waals heterostruktúrákban. Ez azért érdekes, mert lehetővé teszi az anyagtulajdonságok széles skálájához való hozzáférést, mint például a csavarozható hangolású változó vezetőképesség, optikai tulajdonságok, mágnesesség stb. Ez új és új szabadságfokozatként használható és használható a kétdimenziós anyagokon alapuló eszközök fejlesztésében.”
Promóciós videó:
A részleteket elolvashatja a Nature-ben közzétett cikkben.
Szergej Sysoev