Paljon tutkitut kaksiulotteiset (2D) materiaalit päällekkäin pinottuna ja sopivasti toisiinsa nähden kierrettynä voivat muodostaa erilaisia moiré-kuvioiden superhiloja. Esimerkiksi viime vuonna yhdysvaltaiset tutkijat osoittivat, että kahden pinotun grafeenikerroksen pyöräyttäminen "maagisella" 1,1 asteen kulmalla muuntaa grafeenin suprajohtavaksi.
Nyt Baselin yliopiston tutkijat yhdessä Swiss Nanoscience Instituten kollegoiden kanssa ovat esitelleet kolmen kerroksen moiré-malleja, jotka muuttavat grafeenin elektronisia ominaisuuksia aiemmin näkemättömillä tavoilla.
He sijoittivat kahden boorinitridikerroksen väliin grafeenikerroksen. Kokeissa rakenteesta muodostui kaksi superhilaa grafeenin ja ylemmän ja alemman boorinitridikerroksen välille. Kaikkien kolmen kerroksen superpositio loi vielä suuremman superrakenteen kuin oli mahdollista vain yhdellä lisäkerroksella.
Tiedemiehet ovat hyvin kiinnostuneita tällaisista synteettisistä materiaaleista, koska eri moiré-kuvioita voidaan käyttää muuttamaan tai keinotekoisesti tuottamaan uusia elektronisten materiaalien ominaisuuksia. Esimerkiksi Berkeley Labin vetämä tutkijaryhmä muokkasi äskettäin hieman vastaavalla menetelmällä tavallisia puolijohdemateriaaleja kvanttirakenteiksi, joilla on poikkeuksellinen elektroninen käyttäytyminen.
Tutkimuksessa käytettiin puolijohteisia 2D-materiaaleja eli volframidisulfidia ja volframidiselenidiä osoittamaan, että kerrosten välinen kiertokulma tarjoaa "viritysnupin", jolla 2D-puolijohtava järjestelmä voidaan kääntää eksoottiseksi kvanttimateriaaliksi. Tällä on erittäin vuorovaikutteiset elektronit.
Tällainen edistys voisi auttaa mullistamaan useita energiatehokkaita sähköisiä järjestelmiä tavoittelevia toimialoja ja tuottaa alustan eksoottisille uudenlaiselle fysiikalle.
Aiemmin muun muassa Washingtonin yliopiston tutkijat loivat hieman vastaavalla moiré-menetelmällä eksitoneja. Tutkimukset osoittivat välikerroksisten eksitonien läsnäolon. Ne ovat jääneet jaksoittaisen kuviollisen moiré-potentiaalikentän sisään, kun kaksi siirtymämetalli dikalkogenidin (TMD) atomin paksuista kerrosta on kohdistettu hieman toisistaan poikkeavasti.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 15.3.2019
