Проектирование электронных свойств графена вместо их изучения
 Картина, возникающая при наложении друг на друга двух графеновых пластин. Слева каждое яркое "пятно" состоит на самом деле из сотен атомов (справа представлено одно из этих "пятен" в увеличенном варианте). Масштаб слева - 50 нм, справа - 0,5 нм. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Когда два фрагмента периодической сетки помещаются один поверх другого, а затем поворачиваются друг относительно друга на некий угол, как в калейдоскопе перед глазами возникают новые более сложные картины. Эти картины носят название «муарового узора» и известны достаточно давно. Сегодня практически все сталкиваются с ними в повседневной жизни, например, при сканировании отпечатанных на цифровой технике изображений («сетка» самого изображения как бы накладывается на сетку, создаваемую сканером, в результате получается муар). С точки зрения физики муар представляет собой ни что иное, как модуляцию одного пространственного колебания (одной решетки) при помощи другого.
Не так давно исследователи столкнулись с явлением «муарового узора» в рамках исследования графена, одноатомного слоя кристалла графита, при помощи методик сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Поворачивая друг относительно друга две графеновые пластины, ученые добились изменений в отображаемой структуре. Однако, первые исследования полностью упустили тот факт, что, помимо формирования красивых картинок, комплекс явлений, объясняющий муар, так же вызывает значительные перемены в электронных свойствах графена.
Новая исследовательская работа группы ученых из Португалии и США, опубликованная в журнале Nature Physics, показывает, что в результате подобного наложения образуются острые пики плотности электронных состояний в графене, которые могут быть обнаружены на туннельных спектрах.
Исследователи из Португалии и США были далеко не первыми, кто поднял вопросы изучения энергетической зонной структуры в листах графена. Но они первыми обнаружили так называемые сигнулярности Ван Хова. Существование этих сингулярностей означает присутствие изменений в электронной плотности состояний в веществе, что часто приводит к принципиально новым фазам вещества, таким как сверхпроводимость, магнетизм или волны плотности. Наиболее удивительной особенностью является то, что энергия этих пиков в эксперименте с графеном изменяется непрерывно при изменении угла между углеродными «сетками» (а, фактически, - кристаллическими решетками).
Подобная особенность открывает путь не просто для исследования новых свойств графена, но и для их настройки под собственные нужды. Благодаря повороту сеток друг относительно друга, свойства, проявляемые на эксперименте, будут меняться в зависимости от изменения энергии пиков плотности электронных состояний. Если при этом энергия электронов в графене будет близка к значению такого «пика», могут проявляться специфические фазовые состояния, такие как сверхпроводимость и магнетизм. Это вызвано тем, что при данных условиях взаимодействия между электронами, коими обычно пренебрегается, становится достаточно большими, играя свою роль в характере макроскопического поведения вещества.
Исследователи отмечают, что в настоящее время графен – единственный материал, для которого возможно подобное управление.
Также по теме:
Источники: