Οι ηλεκτρικές ιδιότητες μιας διπλοστρωματικής κατασκευής γραφένιου μπορούν να ρυθμίζονται με τέντωμα και στρέψη

Στοιβάζοντας φύλλα πάχους ενός ατόμου, ερευνητές μπορούν να κατασκευάσουν υπέρλεπτα υλικά με προσαρμοσμένες ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες. Οι ιδιότητες αυτές μπορούν να εξαρτώνται από το πώς είναι διευθετημένα τα φύλλα. Ένα ζεύγος φύλλων γραφένιου στοιβαγμένων ελαφρώς λοξά, για παράδειγμα, μπορεί να λειτουργήσει ως υπεραγωγός. Ωστόσο, κανένας δεν έχει ακόμη ψάξει για το τι συμβαίνει όταν ένα φύλλο τεντώνεται σε σχέση με το άλλο. Τώρα, ο Vincent Renard του Πανεπιστημίου της Γκρενόμπλ (Grenoble Alpes), στη Γαλλία, και οι συνεργάτες του έχουν κάνει αυτό ακριβώς. Βρήκαν ότι γραφένιο δυο στρωμάτων που κατασκευάζεται από φύλλα υπό ελαφρώς διαφορετικούς εφελκυσμούς (tensions), έχει δραματικά αλλαγμένες ηλεκτρικές ιδιότητες.

Ο Renard και οι συνεργάτες του δημιούργησαν τα διπλοστρώματα με την ανάπτυξη ενός φύλλου γραφένιου επάνω σε ένα άλλο. Η διαδικασία αυτή εισήγαγε φυσικά διαφορετικές τιμές εφελκυσμού και περιστροφής στα δυο φύλλα. Αποτέλεσμα: σε περιοδικές θέσεις κατά μήκος του διπλού στρώματος, τα φύλλα ευθυγραμμίστηκαν, με τα κυψελοειδή ατομικά τους μοτίβα να επικαλύπτονται τέλεια. Ενδιαμέσως, τα μοτίβα των φύλλων μετατοπίστηκαν κατά το ήμισυ ενός κελιού του κυψελοειδούς. Η ομάδα χρησιμοποίησε Μικροσκόπιο Σάρωσης Σήραγγας (STM) για να αναλύσει πώς συμπεριφέρονται τα ηλεκτρόνια στις ευθυγραμμισμένες και τις μη -ευθυγραμμισμένες περιοχές.

Μετρώντας μια περιοχή όπου τα κυψελοειδή ευθυγραμμίζονταν, η ομάδα παρατήρησε μεγάλες κορυφώσεις στους αριθμούς των διαθεσίμων ηλεκτρονιακών καταστάσεων, καθώς μείωνε τη διαφορά δυναμικού μεταξύ της μύτης του STM και του διπλού στρώματος στο μηδέν. Οι κορυφώσεις αυτές ήταν μικρότερες για τις μετρήσεις στις μη-ευθυγραμμισμένες περιοχές. Περιοχές με υψηλούς αριθμούς ηλεκτρονιακών καταστάσεων έχουν θύλακες παγιδευμένων ηλεκτρονίων, οι οποίοι μπορεί να οδηγήσουν σε υπεραγώγιμες ή μαγνητικές συμπεριφορές στο διπλόστρωμα.

Η ρύθμιση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων του γραφένιου με τέντωμα και περιστροφή των φύλλων δεν έχει ακόμη δώσει ειδικά πλεονεκτήματα έναντι άλλων προσεγγίσεων, όμως η ομάδα λέει ότι η μέθοδός τους εφοδιάζει τους ερευνητές με ένα νέο δρόμο για να πετύχουν αυτό το στόχο.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Electronic Spectrum of Twisted Graphene Layers under Heterostrain. Physical Review Letters.