Fizikçiler, Devrim Niteliğindeki Yapay Atomik Materyal Arayışını Hızlandırıyor
Bath Üniversitesi’ndeki bilim insanları, yığınlar halinde düzenlenmiş atomik olarak ince materyal katmanları arasındaki etkileşimi anlamak için önemli bir adım attılar. Araştırmalarının yeni, yapay malzemelerin keşfini hızlandıracağını ve bugün bilinen her şeyden çok daha küçük ve daha verimli elektronik bileşenlerin tasarımını sağlayacağını umuyorlar.
Daha küçük olanı, elektronik devre dünyasında her zaman daha iyidir ancak bir silikon bileşeni aşırı ısınmadan ve parçalanmadan ne kadar küçültebileceğinizin bir sınırı vardır ve biz ona ulaşmaya çok yakınız. Araştırmacılar, yığınlar halinde birleştirilebilen bir grup atomik olarak ince materyali araştırıyorlar. Herhangi bir nihai malzemenin özellikleri, hem hammadde seçimine hem de bir katmanın diğerinin üzerine yerleştirildiği açıya bağlıdır.
Nature Communications’da yayınlanan Bath araştırması, petek tasarımında düzenlenmiş ince karbon atomu tabakalarıyla karakterize edilen bir kristal olan grafen üzerine yapılan önceki çalışmalara dayanıyor. 2018’de Massachusetts Institute of Technology’deki (MIT) bilim insanları, iki grafen tabakası istiflendiğinde ve daha sonra 1,1 ° ‘lik’ sihirli ‘açıyla birbirlerine göre büküldüğünde, süper iletken özelliklere sahip bir malzeme ürettiklerini keşfettiler. Bu, bilim insanlarının tamamen karbondan yapılmış süper iletken bir malzeme yarattığı ilk zamandı. Bununla birlikte, bu özellikler, iki grafen tabakası arasındaki en küçük açı değişikliğiyle ortadan kalktı.
MIT’nin keşfinden bu yana, dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları bu “istifleme ve bükme” fenomenini diğer ultra ince malzemelere uygulamaya çalışıyorlar ve özel niteliklere sahip tamamen yeni malzemeler oluşturma umuduyla atomik olarak farklı iki veya daha fazla yapıyı bir araya getirdiler.
Dr. Mucha-Kruczynski, “Doğada, her atomik katmanın farklı olduğu materyalleri bulamazsınız.” dedi. “Dahası, iki malzeme normalde yalnızca belirli bir şekilde bir araya getirilebilir çünkü kimyasal bağların katmanlar arasında oluşması gerekir. Ancak grafen gibi malzemeler için yalnızca aynı düzlemdeki atomlar arasındaki kimyasal bağlar güçlüdür. Van der Waals etkileşimleri olarak bilinen düzlemler arasındaki kuvvetler zayıftır ve bu, malzeme katmanlarının birbirine göre bükülmesine olanak tanır. ”
Bilim insanları için şimdi zorluk, yeni, katmanlı malzemeleri keşfetme sürecini olabildiğince verimli hale getirmektir. İki veya daha fazla malzeme istiflendiğinde ortaya çıkacak sonucu tahmin etmelerine olanak tanıyan bir formül bularak, araştırmalarını büyük ölçüde düzene sokabilecekler.
Dr. Mucha-Kruczynski, “Malzemelerin kombinasyonlarının sayısı ve bunların bükülebilecekleri açıların sayısı laboratuvarda denenemeyecek kadar büyük, bu yüzden tahmin edebildiğimiz şey önemlidir.” dedi.
Araştırmacılar, iki katman arasındaki etkileşimin, doğada bulabileceğiniz gibi iki katmanın bir araya getirildiği, üçüncüsü bükülmüş olduğu üç katmanlı bir yapıyı inceleyerek belirlenebileceğini gösterdiler. Güçlü ışığın numuneden elektronları fırlattığı, böylece elektronlardan gelen enerji ve momentumun ölçülebildiği ve böylece malzemenin özelliklerine ilişkin içgörü sağladığı bir süreç olan açı çözümlemeli fotoemisyon spektroskopisini kullandılar. Ayrıca, sonuçlarının, katmanlar arasındaki kıvrımlar farklı olsa bile, aynı katmanlardan yapılan diğer yığınların özelliklerini tahmin etmek için kullanılabileceğini de gösterdiler.
Grafen gibi atomik olarak ince olduğu bilinen malzemelerin listesi her geçen gün büyüyor. Halihazırda; yalıtımdan süper iletkenliğe, şeffaflıktan optik aktiviteye, kırılganlıktan esnekliğe kadar çok çeşitli özellikler sergileyen düzinelerce giriş içeriyor. En son keşif, bu malzemelerden herhangi birinin katmanları arasındaki etkileşimi deneysel olarak belirlemek için bir yöntem sağlar. Bu, daha karmaşık yığınların özelliklerini tahmin etmek ve yeni cihazların verimli tasarımı için gereklidir.
Son çalışmasının sonuçlarına dayanarak, Dr. Mucha-Kruczynski ve ekibi şimdi geçiş metali dikalkojenit (a l) katmanlarından yapılan bükülmüş yığınlara odaklanıyor.
Çeviri:Simge KARA
Kaynak:More information: J. J. P. Thompson et al, Determination of interatomic coupling between two-dimensional crystals using angle-resolved photoemission spectroscopy, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-17412-0