Lapsest saati oleme harjunud, et kui lisate ühe õuna teisele, saate kaks õuna. Sama juhtub pliiatsite, kirjutusmasinate ja õhupallidega. Ja füüsikas pole see tingimata nii. Kui tuua kaks monoatomaatilise paksusega filmi, näiteks grafeen, piisavalt lähedale väikesele kaugusele, saate uue materjali.
Sel juhul on meil ikkagi kaks eraldi objekti, mida põhimõtteliselt saab tagasi tõmmata. Nende omavaheline interaktsioon on tingitud van der Waalsi jõududest - suhteliselt nõrgast interatoomilisest elektromagnetilisest koostoimest. Tulemuseks on uus materjal (heterostruktuur), mille omadusi määravad mitte niivõrd selle keemiline koostis, kuivõrd kihtide paigutus. Kahe- (või enamakihilise) kihi saab painutada ja keerata - ja see muudab ka selle füüsikalisi omadusi.
Sarnaseid katseid on juba aastaid tehtud grafeeniga, kuid grafeen ei ole sel juhul eriti huvitav. Tingimustes, millega oleme harjunud, pole sellel keelatud tühimikku, mis muudaks aine pooljuhiks, selle loomiseks on vaja erilisi jõupingutusi. Kuid on ka teisi materjale.
Sel juhul kasutasid Suurbritannia Sheffieldi ülikooli teadlased van der Waalsi heterostruktuure, mis olid valmistatud siirdemetallide dichalcogenides. Siinkohal on asjakohane väike kõrvalekalle. Halkogeenid on perioodilise tabeli 16. rühma keemilised elemendid: kolonn, mis algab hapniku ja väävliga ülalt ja lõpeb radioaktiivse maksamoriumiga. Siirdemetalle on palju, igapäevaelus tunneme kõige paremini vaske, molübdeeni ja tsinki.
Teadlased panid kokku molübdeendisileniidi (MoSe2) ja volframdisulfaadi (WS2) kihtide "võileiva". Saadud materjali juhtivus muutus perioodiliselt samal viisil, nagu moiré efekt ilmneb kahel volditud tüllkardinal.
Nagu ütles Sheffieldi ülikooli professor Aleksander Tartakovsky, mõjutavad materjalid üksteist ja muudavad üksteise omadusi ning neid tuleks pidada täiesti uueks ainulaadsete omadustega metamaterjaliks, nii et üks pluss üks ei anna kahte. Teadlased leidsid ka, et hübridisatsiooni aste sõltub suuresti "võileiva" keerdumisest, mille jooksul iga kihi aatomi võrede vaheline kaugus muutub.
"Leidsime, et kihtide keerdumine heterostruktuuris loob uue aatomiülese perioodilisuse, mida nimetatakse moire ülivõrreks," ütleb Tartakovsky. Keerdumisest sõltuva perioodiga soine ülivõre määrab, kuidas kahe pooljuhi omadused hübridiseeruvad."
Professor Tartakovsky lisas: „Van der Waalsi heterostruktuurides on aatomiliselt õhukeste materjalide koostoimest keerukam pilt. See on huvitav, kuna see võimaldab juurdepääsu mitmesugustele materjalide omadustele, nagu keerd-häälestatav muutlik juhtivus, optilised omadused, magnetilisus jne. Seda saab ja saab kasutada uue vabadusastmena kahemõõtmelistel materjalidel põhinevate seadmete väljatöötamisel."
Reklaamvideo:
Üksikasju saate lugeda ajakirjas Nature ilmunud artiklist.
Sergei Sysoev