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波紋效應：通過扭轉3D材料激發新性能

小知識圖案石墨烯材料中的超導體研究小組旋轉網格振動科普波紋效應


波紋效應：通過扭轉3D材料激發新性能



據外媒報道 ， 二維材料引發了材料研究的熱潮 。 現在 ， 當兩個這樣的層狀材料被堆疊并輕微扭曲時就會產生激發效應 。 石墨烯僅由一層碳原子組成 ， 它的發現是一場全球競賽的開始信號：今天 ， 所謂的“2D材料”被制造出來 ， 其由不同類型的原子組成 。
原子薄層通常具有非常特殊的材料特性 ， 而傳統的較厚材料是沒有的 。
現在 ， 這一領域的研究又增加了新的一章：如果兩個這樣的二維層以正確的角度堆疊就會出現更多新的可能性 。 兩層原子相互作用的方式產生了復雜的幾何圖案 ， 而這些圖案對材料的性能有著決定性的影響 ， 這是維也納科技大學和德克薩斯大學的一個研究小組現在證明的 。 聲子--原子的晶格振動--會受到兩層材料相互疊加的角度的顯著影響 。 因此 ， 只要對這一層進行微小的旋轉則就可以顯著地改變材料的屬性 。
【波紋效應：通過扭轉3D材料激發新性能】波紋效應
如果兩個網格上是完全一致的 ， 那么人們幾乎無法通過從上面觀察就確定其是否一個或兩個網格 。 但如果現在把其中一個網格轉一個小角度 ， 那么有些地方網格的網格點會出現大致匹配有些則不能 。 這樣 ， 有趣的模式就出現了--這就是眾所周知的波紋效應(Moiré Effect) 。
維也納科技大學理論物理研究所的Lukas Linhart博士說道：“你可以對兩層材料的原子晶格做完全相同的事情 。 ”值得注意的是 ， 這可以極大地改變某些材料的特性--如如果兩層石墨烯以正確的方式結合那么它就會成為超導體 。
“我們研究了二硫化鉬層 ， 它和石墨烯可能是最重要的二維材料之一 ， ”該項目負責人Florian Libisch教授表示 ， “如果你把這種材料的兩層相互疊加 ， 那么所謂的范德華力久會發生在這兩層的原子之間 。 雖然這些力量相對較弱 ， 但它們足以完全改變整個系統的行為 。 ”
在復雜的計算機模擬中 ， 研究小組分析了由這些弱附加力引起的新雙層結構的量子力學狀態以及這如何影響兩層原子的振動 。
旋轉角度很重要
“如果你把這兩層稍微扭一下 ， 范德華力就會導致這兩層的原子稍微改變它們的位置 ， ”來自奧斯汀德克薩斯大學的Jiamin Quan博士說道 。 他在德克薩斯州領導了實驗 ， 該實驗結果證實了計算結果：旋轉角度可以用來調整物質中哪些原子振動在物理上是可能的 。
“就材料科學而言 ， 以這種方式控制聲子振動是一件很重要的事情 ， ”Lukas Linhart表示 ， “事實上 ， 二維材料的電子特性可以通過將兩層材料結合在一起而改變 ， 這一點我們以前已經知道了 。 但事實上 ， 材料中的機械振蕩也可以被它控制現在為我們打開了新的可能性 。 聲子與電磁性質密切相關 。 因此 ， 通過材料中的振動 ， 人們可以以一種控制的方式干預重要的多體效應 。 ”在首次描述了聲子的效應之后 ， 研究人員現在正試圖描述聲子和電子的結合以希望了解更多關于超導等重要現象的信息 。

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