Ученые создали поворотную гетероструктуру для изменения свойств графена

Rebeca Ribeiro-Palau et al. / Science, 2018
Ученые из США, Японии и Франции создали устройство, состоящее из находящихся в контакте слоев графена и гексагонального нитрида бора. Слои можно поворачивать относительно друг друга и благодаря этому управлять электрическими, оптическими и механическими свойствами образованной гетероструктуры, рассказывают исследователи в Science.
В двумерных материалах, таких как графен или гексагональный нитрид бора, присутствуют различные виды связей. В пределах атомной плоскости атомы связаны между собой прочными ковалентными связями, а между собой эти плоскости удерживаются через ван-дер-ваальсовы связи. Такой тип связи относительно слаб, плоскости можно отделять друг от друга, а также сдвигать или поворачивать. Поскольку при повороте взаимное расположение атомов плоскостей меняется, это приводит к изменению свойств материала, в том числе электрических. К примеру, благодаря повороту двух плоскостей графена друг относительно друга две группы ученых ранее смогли придать этому материалу свойства полупроводника и даже сверхпроводника.
В новой работе ученые под руководством Кори Дина (Cory Dean) из Колумбийского университета продолжили исследование влияние взаимного расположения атомных плоскостей двумерных материалов на их свойства, но использовали два разных материала. Оба материала — графен и нитрид бора — имеют гексагональную структуру, а периоды их решеток отличаются на 1,5 процента. Из-за этого несовпадения при нулевом угле поворота находящиеся рядом слои графена и нитрида бора образуют муарову сверхрешетку. Эта сверхрешетка меняет зонную структуру в слое графена, причем эти изменения зависят от периода сверхрешетки, который в свою очередь определяется углом поворота атомных плоскостей.
Изначально на хлопьевидную частицу нитрида бора помещается слой графена, из которого затем с помощью плазмы вырезается нужная структура. Графен размещается под таким углом к нижнему слою нитрида бора, чтобы период муаровой сверхрешетки и ее влияние на зонную структуру графена были минимальными. Сверху на графен помещается шестерня, предварительно вырезанная их хлопьевидной частицы нитрида бора. На последнем этапе на края слоя графена наносятся металлические контакты, через которые ученые могут измерять его свойства.
Григорий Копиев