一种特殊扭曲的材料-二维二烯化钼晶体

时间:2020-04-25 18:14 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

一种特殊扭曲的材料-二维二烯化钼晶体

在一种由两层相互轻微扭曲的薄晶体层构成的材料中,ETH的研究人员研究了强相互作用电子的行为。这样,他们发现了一些令人惊讶的特性。

许多现代技术都是基于特殊的材料,比如对计算机很重要的半导体,电子在半导体内或多或少可以自由移动。这些电子的自由程度取决于它们的量子特性和材料的晶体结构。大多数时候它们独立运动。然而,在一定条件下,电子之间的强相互作用会引起特殊的现象。超导体就是一个著名的例子。在超导体中,电子配对以无电阻地传导电流。

在苏黎世、量子电子学研究所ETH-professor Atac Imamo?lu调查与强烈相互作用的电子材料。他想更好地理解这些材料中电子的行为,并寻找可能对未来的应用有意义的意想不到的特性。在一种“扭曲”的材料中,他和他的合作者在《自然》科学杂志上发表了关于电子行为的一些令人惊讶的发现。

水晶上的云纹图案

创建强大的电子之间的相互作用控制,Imamo?lu的研究小组用极薄的片层联硒化物钼晶体制成的只有一个原子厚。这种薄片也被称为二维材料,因为其中的电子只能在一个平面内自由移动。单是这一特性就已经带来了许多令人惊讶的特性,比如石墨烯中观察到的那些特性,石墨烯也属于二维材料。

然而,事情变得更加有趣,当两个这样的薄片相互叠加,它们的晶体方向稍微扭曲。这就产生了一种从电视上可以看到的效果:如果一个人系着格子或条纹织物做的领带或裙子,屏幕上有时会出现奇怪的图案。这些也被称为云纹图案。

类似的事情发生在Imamo?lu的材料。两层之间的扭曲产生了一种摩尔晶格,相当于一种虚构的晶体,原子间的距离比通常要远。这种晶体对电子运动的影响要小得多,这意味着电子之间的相互作用相比之下变得更加重要。

一种特殊扭曲的材料-二维二烯化钼晶体

令人惊讶的属性

“思考”越强越好,“我们另外插入一层薄薄的一个不同材料之间的联硒化物钼片,“Yuya)岛崎博士说,博士后在Imamo?lu的小组。这片氮化硼确保了,尽管这两片扭曲的硼片彼此非常接近,但电子不能在它们之间来回穿梭。通过对材料施加电压,人们就可以精确地控制材料内部有多少电子。最后,为了弄清楚电子是如何在这种夹层材料中移动的,研究人员用激光照射它,从而激发电子。

“我们的材料让我们研究电子与光学手段,“Imamo?lu解释道。“这是与石墨烯等其他2d材料相比的一大优势。”从被激发电子发出的光信号可以推断出电子的许多令人困惑的性质。最让物理学家们惊讶的是,当他们的材料中所包含的电子数量与两块云纹图中晶格点的数量相等时,材料的行为。

在这种情况下,所谓的莫特绝缘体状态,即一个电子恰好占据一个晶格位置,出现在两个薄片上。这种状态相当奇特,因为莫特绝缘体状态彼此稳定,即使是强大的外部电场也无法移动它们,因此没有电流流动。“这是第一次这样的行为观察,“Imamo?lu说。

是未来研究的理想材料

这种新材料为一系列令人兴奋的进一步研究铺平了道路。这是理想的控制实验与强相互作用的电子。研究人员可以通过氮化硼层和二烯化钼薄片之间的夹角来改变材料的性质和相互作用的强度。这使得他们能够研究在其他材料中难以实现的复杂物理过程。

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