Ett nytt tillvägagångssätt för twistronics-studier som involverar band av grafen skulle kunna ge forskare bättre kontroll över vridningsvinkeln och göra det lättare att studera de elektroniska effekterna som uppstår genom att vrida och spänna intilliggande lager av tvådimensionella (2D) material. Tidigare twistronics-studier fokuserade på att vrida två materialflingor och stapla dem, men den nya bandbaserade tekniken möjliggör en mer kontinuerlig förändring av vridningsvinkeln, vilket ger bättre kontroll och möjliggör enklare studier av de elektroniska effekterna.
Genom att stapla lager av 2D-material och variera vinkeln mellan dem har forskare upptäckt att de kan förändra de elektroniska egenskaperna hos dessa material. Till exempel utvecklar ett dubbelskikt av grafen ett bandgap när det placeras i kontakt med hexagonal bornitrid. Detta beror på att de något oöverensstämmande lagren av grafen och hBN bildar ett moiré-supergitter, vilket gör att ett bandgap kan bildas. Genom att vrida skikten ytterligare och öka vinkeln mellan dem försvinner bandgapet.
Denna förmåga att ändra elektroniska egenskaper utan att behöva ändra materialets kemiska sammansättning är en fundamentalt ny riktning inom enhetsteknik och har kallats "twistronics". Att kontrollera vridningsvinklar och tillhörande töjning är dock fortfarande en utmaning, eftersom olika områden av ett prov kan ha olika elektroniska egenskaper. För att övervinna detta placerade forskare vid Columbia University ett bandformat grafenlager ovanpå hBN och böjde långsamt ena änden av bandet med hjälp av ett piezo-atomiskt kraftmikroskop. Detta skapade en vridningsvinkel som varierade kontinuerligt och en enhetlig töjningsprofil som kunde förutsägas.
Forskarna kunde kontinuerligt justera både töjning och vridningsvinkel, vilket gav dem oöverträffad tillgång till "fasdiagrammet" för vridna vinklar. Denna kontrollnivå möjliggör exakt kartläggning av beroendet av den elektroniska bandstrukturen på vridningsvinkeln, vilket tidigare inte var möjligt. Dessutom ger den nya tekniken den första möjligheten att på ett reproducerbart sätt mäta töjningens roll i tvålagers grafensystem med magiska vinklar och öppnar för nya idéer för att kontrollera den elektroniska bandstrukturen i system med vridna lager.
Källor: Inga