曼徹斯特大學的一組國際研究人員揭示了一種新方法，可以微調原子薄層之間的角度——“扭曲”——形成稱為范德瓦爾斯異質結構的奇異人造納米器件——并有助于加速下一代電子產品的發(fā)展.

團隊負責人 Mishchenko 教授解釋說，這項新技術可以實現原位動態(tài)旋轉和操縱層疊在彼此之上的二維材料，以形成范德瓦爾斯異質結構——具有不尋常特性和令人興奮的新現象的納米級器件。

扭曲角的調整控制著二維材料中的拓撲結構和電子相互作用——這種過程被稱為“扭曲電子學”，是近年來物理學中一個新興的研究課題。這項由曼徹斯特領導的新研究將于今天發(fā)表在《科學進展》上。

“我們的技術使扭曲的范德華異質結構具有動態(tài)可調的光學、機械和電子特性。” 這部作品的主要作者楊亞平解釋道。

Yaping Yang 補充說：“例如，這種技術可用于二維晶體的自主機器人操作以構建范德瓦爾斯超晶格，這將允許準確定位、旋轉和操作二維材料以制造具有所需材料的材料。扭曲角，以微調范德華材料的電子和量子特性。”

二維晶體的相互扭曲層導致莫爾圖案的形成，其中母體二維晶體的晶格形成超晶格。這種超晶格可以完全改變系統(tǒng)中電子的行為，導致觀察到許多新現象，包括強電子關聯(lián)、分形量子霍爾效應和超導性。

該團隊通過成功制造異質結構來展示這項技術，其中石墨烯與六方氮化硼的頂部和底部封裝層(被稱為“白色石墨烯” )完美對齊，在兩個界面形成雙莫爾超晶格。

正如發(fā)表在Science Advances 上的那樣，該技術由目標二維晶體上的聚合物抗蝕劑貼片和聚合物凝膠操縱器介導，可以精確、動態(tài)地控制二維材料的旋轉和定位。

“我們的技術有可能將扭曲電子技術引入低溫測量系統(tǒng)，例如，通過使用顯微操縱器或微機電設備，”Artem Mishchenko 補充道。

研究人員使用帶有聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 液滴的載玻片作為操縱器，將其固化并自然成形為半球幾何形狀。與此同時，他們有意通過標準電子束光刻在目標二維晶體的頂部沉積了外延聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 貼片。

在異質結構中操作目標薄片的步驟很容易遵循。通過降低聚合物凝膠手柄，PDMS 半球與 PMMA 貼片接觸。當它們相互接觸時，人們可以輕松地移動或旋轉底部薄片表面上的目標二維晶體。二維薄片的這種平滑運動是基于兩種晶體結構之間的超潤滑性。

超潤滑是一種現象，其中原子平面之間的摩擦根據某些條件消失。

即使在異質結構組裝之后，操縱技術也能夠連續(xù)調整層之間的扭曲角。人們可以根據需要將外延 PMMA 貼片設計成任意形狀，通常采用適合目標薄片的幾何形狀。該操作技術方便且可重復，因為 PMMA 貼片可以很容易地被丙酮洗掉并通過光刻重新圖案化。

通常，對于精心制作的 PDMS 半球，半球與二維晶體之間的接觸面積取決于半球半徑，并且對接觸力高度敏感，因此難以精確控制目標二維晶體的運動.

“外延PMMA貼片在操縱技術中起著至關重要的作用。我們的技巧在于聚合物凝膠操縱器的接觸面積精確地限制在外延聚合物層的圖案形狀上。這是實現精確控制的關鍵操縱，允許施加更大的控制力。” 合著者之一李繼東說。

與其他二維材料操作技術相比，例如使用原子力顯微鏡 (AFM) 尖端推動具有專門制造的幾何形狀的晶體，原位扭曲電子技術是非破壞性的，并且可以操作薄片，而不管薄片的厚度如何，而AFM 尖端僅適用于厚薄片，可能會破壞薄薄片。

石墨烯和六方氮化硼的完美排列展示了該技術在扭曲電子學應用中的潛力。

使用原位技術，研究人員成功地旋轉了氮化硼/石墨烯/氮化硼異質結構中的二維層，以實現所有層之間的完美對齊。結果表明在異質結構的兩個界面處形成了雙莫爾超晶格。此外，研究人員還觀察到二階(復合)波紋的特征;雙波紋產生的圖案;超晶格。

這種具有完美對齊的石墨烯和氮化硼的異質結構展示了扭曲電子學中操縱技術的潛力。

“該技術可以很容易地推廣到其他二維材料系統(tǒng)，并允許在任何遠離相稱制度的二維系統(tǒng)中進行可逆操作，”進行實驗工作的 Yaping Yang 說。

Mishchenko 教授補充說：“我們相信我們的技術將開辟器件工程的新策略，并在二維準晶體、魔角平帶和其他拓撲非平凡系統(tǒng)的研究中找到其應用。”

　　免責聲明：本文由用戶上傳，與本網站立場無關。財經信息僅供讀者參考，并不構成投資建議。投資者據此操作，風險自擔。 如有侵權請聯(lián)系刪除！