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>vwinchina德赢>物理学家发现不对准碳片得到空前的属性

石墨烯是布置在平的蜂窝图案,其中,每个六边形是通过在其顶点六个碳原子形成的碳原子的单层。得克萨斯州达拉斯的物理学家的大学正在研究石墨烯时,两层堆叠显现出来的电气性能。德州信贷大学达拉斯分校
石墨烯是布置在平的蜂窝图案,其中,每个六边形是通过在其顶点六个碳原子形成的碳原子的单层。得克萨斯州达拉斯的物理学家的大学正在研究石墨烯时,两层堆叠显现出来的电气性能。德州信贷大学达拉斯分校

抽象:
碳的两个一原子厚的层组成的材料已经抓住物理学家的全球关注其有趣 - 和潜在的可利用 - 导电性能。



此动画示出了当两个堆叠的石墨烯层通过称为扭转角少量未对准会发生什么。A new periodic design in the mesh emerges, called a moir� pattern. UT Dallas physicists are investigating how the twist angle affects the electronic properties of such twisted bilayer graphene.

物理学家发现错位碳片得到空前的属性

奥斯汀,德克萨斯州|发表于2020年7月31日

Dr. Fan Zhang, assistant professor of physics in the School of Natural Sciences and Mathematics at The University of Texas at Dallas, and physics doctoral student Qiyue Wang published an article in June with Dr. Fengnian Xia's group at Yale University in Nature Photonics that describes how the ability of twisted bilayer graphene to conduct electrical current changes in response to mid-infrared light.

From One to Two Layers

石墨烯是布置在平的蜂窝图案,其中,每个六边形是通过在其顶点六个碳原子形成的碳原子的单层。自从2004年石墨烯的第一隔离,其独特的性能已经强烈科学家研究了在先进的计算机,材料和设备的潜在用途。

如果石墨烯的两片被堆叠在彼此的顶部,并且一个层旋转,以使所述层是略微不对准,所得到的物理配置,称为扭曲双层石墨烯时,得到的是从那些由单个呈现显著不同电子性质单独或由两个对准的层的层。

“石墨烯一直是大约15年利息,”张说。“单层有趣的研究,但如果我们有两层,它们的相互作用应该呈现更丰富,更有趣的物理学。这就是为什么我们要学习双层石墨烯的系统。”

新领域崛起

When the graphene layers are misaligned, a new periodic design in the mesh emerges, called a moir� pattern. The moir� pattern is also a hexagon, but it can be made up of more than 10,000 carbon atoms.

“在该石墨烯的两层未对准的角度 - 扭曲角 - 是材料的电子性质极为重要,” Wang说。"The smaller the twist angle, the larger the moir� periodicity."

对电子行为的特定的扭转角的不寻常的效果在2011年的文章艾伦·麦克唐纳博士,德克萨斯大学奥斯汀分校物理学教授,和拉菲Bistritzer博士首次提出。张见证了这一领域的诞生,如麦当劳组的博士研究生。

“当时,别人真的不重视理论,但现在它已经成为可以说是物理学中最热门的话题,”张说。

在于2011研究麦克唐纳和Bistritzer预测,电子的动能可以通过的1.1度的所谓的‘魔角’未对准的石墨烯双层消失。在2018年,研究人员在麻省理工学院证明这一理论,发现通过偏移1.1度两个石墨烯层产生的二维超导体的材料传导没有电阻并且没有能量损失电流。

在科学的进步,张,王,与珍妮刘博士在美国俄亥俄州立大学的研究小组一起2019的文章,表明在0.93度偏差,扭曲的双层石墨烯具有两个超导和绝缘状态,从而显著扩大魔角。

“在我们以前的工作中,我们看到了超导性以及绝缘那是什么使扭曲的双层石墨烯的这样的一个热点领域的研究。 - 超导,你可以操纵纯碳超导事实是惊人的,史无前例的,”王说。

新的UT达拉斯发现

在他最近的研究在自然光子学,张和他的合作者在耶鲁大学调查是否以及如何扭曲的双层石墨烯与交互中红外光,这人类无法看到,但可以检测到发热。“光与物质之间的相互作用在许多设备中是有用的 - 例如,将太阳光转换成电功率,” Wang说。“几乎每个对象发射红外光,包括人,并且该光可与装置来检测。”

张老师是一位理论物理学家,所以他和王着手确定的中红外光可能会如何影响扭曲的双层石墨烯的电子电导。Their work involved calculating the light absorption based on the moir� pattern's band structure, a concept that determines how electrons move in a material quantum mechanically.

“有一个标准的方法来计算规则的晶体的能带结构和光吸收,但是这是一个人工晶体,所以我们不得不想出新的方法,”王说。使用得克萨斯高级计算中心,在德克萨斯大学奥斯汀分校校园内一台超级计算机的资源,王计算的能带结构和显示材料吸收光线如何。

耶鲁组制造的器件和RAN实验表明中红外光响应 - 由于光照射的增加电导 - 是在1.8度的扭曲角异常强大和最大。强光响应消失为扭转角小于0.5度。

"Our theoretical results not only matched well with the experimental findings, but also pointed to a mechanism that is fundamentally connected to the period of moir� pattern, which itself is connected to the twist angle between the two graphene layers," Zhang said.

下一步

“扭转角是清楚地确定扭曲双层石墨烯的性质非常重要,”章添加。“问题在于:我们可以将这种调整其他二维材料得到了前所未有的功能同样,我们可以结合光响应和扭曲的双层石墨烯超导例如,可以闪耀光诱导或以某种方式调制超导呢??将是非常有趣的研究。”

"This new breakthrough will potentially enable a new class of infrared detectors based on graphene with high sensitivity," said Dr. Joe Qiu, program manager for solid-state electronics and electromagnetics at the U.S. Army Research Office (ARO), an element of the U.S. Army Combat Capabilities Development Command's Army Research Laboratory. "These new detectors will potentially impact applications such as night vision, which is of critical importance for the U.S. Army."

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In addition to the Yale researchers, other authors included scientists from the National Institute for Materials Science in Japan. The ARO, the National Science Foundation and the Office of Naval Research supported the study.

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欲了解更多信息,请点击这里

联系方式:
阿曼达·西格弗里德

972-883-4335

@ut_dallas

德克萨斯版权所有©大学奥斯汀分校

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