Araştırmacılar, iki boyutlu malzemelerin dikey olarak istiflenmesinin, özellikle de küçük bir bükülme açısının mevcut olduğu durumlarda benzersiz fiziksel olaylara yol açmasının önemini vurguladılar. Bu araştırma, 2 boyutlu yığılmış yapıların daha derinlemesine anlaşılmasının önünü açıyor ve bükülmüş elektronik alanında potansiyel ilerlemeler sunuyor.
Bilim insanları, dikey olarak yığılmış iki yapının iç yapılarını analiz etmek için bir yöntem geliştirdiler. Fiziksel özellikleri etkileyen atomik yeniden yapılanmaları ortaya çıkaran boyutlu malzemeler. Bu araştırma, bükülmüş elektroniklerle ilgili anlayışımızı ve uygulamamızı ilerletme konusunda umut vaat ediyor.
İki boyutlu (2D) malzemeleri van der Waals homo veya hetero yapısını oluşturmak için dikey olarak istiflemek, elektronik düzenlemeyi düzenlemek için etkili bir araç haline geldi bunların fiziksel ve mekanik özellikleri. Özellikle, yığılmış arayüzde küçük bir bükülme açısı mevcut olduğunda, 2 boyutlu yapılar, benzersiz katmanlar arası bağlantı sayesinde sıklıkla birçok ilginç ve hatta büyülü fiziksel fenomen gösterir.
Küçük bir bükülmeye sahip iki katmanlı grafen durumunda açıda bükülmüş arayüz, Şekil 1’de şematik olarak gösterildiği gibi, katmanlar arası istifleme enerjisi ile katman içi elastik gerinim enerjisi arasındaki rekabet nedeniyle kendiliğinden atomik yeniden yapılanmaya uğrayacaktır.
Şekil 1. Şematik bükülmüş çift katmanlı grafenin yeniden yapılandırılmasından önceki ve sonraki atom yapıları. Katkıda bulunan: ©Science China Press
Bu özel yığılmış yapı, Mott’un yalıtım durumu, alışılmadık süperiletkenlik ve kendiliğinden ferromanyetizma dahil olmak üzere pek çok beklenmedik olaya yol açabilir. Son zamanlarda, bükülmüş arayüzlerin yalnızca yüzey katmanında görünmekle kalmayıp aynı zamanda van der Waals yapılarının içine de yerleştirilebildiği ve bunun da daha zengin fiziksel davranışlara yol açabileceği bulunmuştur.
Bu ilginç 2D mimariler için, fiziksel özellikleri, iç katmanların ve arayüzlerin istiflenme durumuna son derece duyarlıdır. Ne yazık ki, gömülü istifleme yapısının tam olarak nasıl karakterize edileceği şu ana kadar hala bir hibe sorunudur. Ayrıca, gömülü bükülmüş arayüzlerin de atomik yeniden yapılanmaya uğrayıp uğramayacağı ve yeniden yapılanmanın komşu atomik katmanlar ve tüm yığılmış birimler üzerinde ne gibi etkileri olabileceği bilimsel olarak ilgi çekicidir ve henüz keşfedilmemiştir.
Çığır Açan Araştırma
Bu soruları yanıtlamak için, Tsinghua Üniversitesi’nden Profesör Qunyang Li’nin grubu ve Wuhan Üniversitesi’nden Profesör Ouyang Wengen’in grubu, bükülmüş katmanlı malzemenin dahili istiflenme durumunu karakterize etmek ve yeniden yapılandırmak için iletken atomik kuvvet mikroskobuna (c-AFM) dayalı yeni bir yöntem geliştirdiler. basit yüzey iletkenlik ölçümleri yoluyla malzeme. İlgili çalışma National Science Review’da yayınlanmıştır.
Şekil 2. (a) Deney düzeneğinin şeması. (b) Farklı derinliklere gömülü bükülmüş arayüze sahip numunelerde ölçülen tipik güncel görüntüler. (c) Bireysel grafen katmanlarındaki atomik deformasyonun moleküler hesaplamalarla hesaplanan haritaları. Kredi: ©Science China Press
Deneysel sonuçları, bükülmüş arayüzlerin hala atomik yeniden yapılanmaya uğrayabileceğini ve şekilde gösterildiği gibi yüzeyin 10 atomik katmanı altına gömüldüklerinde bile yüzey iletkenliğini önemli ölçüde etkileyebileceğini göstermiştir. Şekil 2.
Bükümlü çok katmanlı sistemin atomik yapısını daha iyi anlamak için, deneysel örneklere benzer çok katmanlı bir grafen sistemi, katmanlar arası etkileşimler doğru bir şekilde dikkate alınarak bir moleküler dinamik (MD) simülasyon modelinde oluşturulmuştur. Simülasyon sonuçları, malzemenin içine gömülü küçük açılı bükülmüş arayüzler için, atomik yeniden yapılanmanın gerçekten meydana gelebileceğini ve bitişik grafen katmanlarının düzlem içi dönme deformasyonunu destekleyebileceğini ortaya çıkarmıştır. Bununla birlikte, grafen katmanının atomik dönme deformasyonu, Şekil 2’de gösterildiği gibi, bükülmüş arayüzden uzaklaştıkça kademeli olarak azalır.
Önerilen Model ve Etkileri
Şekil 2’de açıklanan atomik yapılara dayalı olarak MD simülasyonları sonrasında araştırma grubu, bükülmüş çok katmanlı sistemin istifleme durumunun yüzey iletkenliği üzerindeki etkisini ölçmek için bir seri yayılma direnci modeli (SSR modeli) önerdi. Yeni model, yüzey iletkenliği ile iç istifleme yapısı arasında doğrudan bir korelasyon kurulmasına olanak tanır; bu, karmaşık kristal kusurları (ör. dislokasyonlar) olan bükülmüş çok katmanlı numuneler için bile geçerlidir.
Bu araştırma, basit, 2 boyutlu yığılmış yapılara ilişkin temel çalışmalar ve yeni ortaya çıkan bükülmüş elektroniklerin geliştirilmesi için çok önemli olan, bükülmüş katmanlı malzemelerin dahili istifleme yapılarını karakterize etmek için kullanışlı ve yüksek çözünürlüklü araçlar.
Referans: “Dahili arayüzlerin çıkarımı Huan Wang, Sen Wang, Shuai Zhang, Mengzhen Zhu, Wengen Ouyang ve Qunyang Li, 19 Haziran 2023, National Science Review.
DOI: 10.1093/nsr/nwad175