當(dāng)被迫離開(kāi)舒適區(qū)時(shí)，原子會(huì)做一些奇怪的事情。萊斯大學(xué)的工程師們想出了一種新的方法來(lái)推動(dòng)他們。萊斯大學(xué)喬治·R·布朗工程學(xué)院的材料理論家鮑里斯·雅科布森和他的團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)理論，即改變二維材料層的輪廓，從而改變其原子之間的關(guān)系，可能比以前想象的更簡(jiǎn)單。

當(dāng)其他人扭曲石墨烯等二維雙層(兩層堆疊在一起)以改變其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，萊斯研究人員通過(guò)計(jì)算模型建議，在精心設(shè)計(jì)的起伏表面上生長(zhǎng)或沖壓?jiǎn)螌佣S材料將實(shí)現(xiàn)“前所未有的水平控制”它們的磁性和電子特性。

他們說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)為探索多體效應(yīng)、包括量子系統(tǒng)在內(nèi)的多個(gè)微觀粒子之間的相互作用開(kāi)辟了道路。

Yakobson和他實(shí)驗(yàn)室的兩位校友、共同主要作者SunnyGupta和HenryYu的論文發(fā)表在NatureCommunications上。

研究人員受到最近發(fā)現(xiàn)的啟發(fā)，這些發(fā)現(xiàn)將二維材料雙層(如雙層石墨烯)扭曲或以其他方式變形為“魔角”會(huì)引發(fā)有趣的電子和磁性現(xiàn)象，包括超導(dǎo)性。

他們的模型表明，不是扭曲，而是簡(jiǎn)單地將六方氮化硼(hBN)等二維材料沖壓或生長(zhǎng)到凹凸不平的表面上，自然會(huì)拉緊材料的晶格，使其形成偽電場(chǎng)和偽磁場(chǎng)，并可能表現(xiàn)出豐富的物理效應(yīng)類似于在扭曲材料中發(fā)現(xiàn)的那些。

賴斯研究人員的一項(xiàng)理論表明，頂部的二維材料(如六方氮化硼)可以放置在輪廓表面(中心)的頂部，從而被操縱以形成具有電子或磁性的一維帶。學(xué)分：雅科布森研究小組

扁平的hBN是一種絕緣體，但研究人員發(fā)現(xiàn)，在他們的模型中對(duì)原子進(jìn)行應(yīng)變會(huì)產(chǎn)生能帶結(jié)構(gòu)，從而有效地使其成為半導(dǎo)體。

Gupta說(shuō)，他們的策略的優(yōu)勢(shì)在于，通過(guò)表面凸塊可以高度控制變形，因?yàn)榭梢允褂秒娮邮饪虒?duì)基板進(jìn)行精確圖案化。“這也將允許人們通過(guò)設(shè)計(jì)具有不同形貌的基板來(lái)可控地改變電子狀態(tài)和量子效應(yīng)，”他說(shuō)。

因?yàn)殡姾煽梢员徊倏v向一個(gè)方向流動(dòng)，所以它所遵循的路徑是一維系統(tǒng)的模型。Yakobson說(shuō)，這可用于探索無(wú)法通過(guò)扭曲石墨烯訪問(wèn)的一維量子系統(tǒng)的特性。

“想象一條只有一條車(chē)道的道路，汽車(chē)只能朝一個(gè)方向行駛，”古普塔說(shuō)。“一輛車(chē)無(wú)法超越前面的那輛車(chē)，所以只有當(dāng)所有的汽車(chē)一起移動(dòng)時(shí)，交通才會(huì)移動(dòng)。

“在2D或當(dāng)你有多個(gè)車(chē)道時(shí)，汽車(chē)或電子可以通過(guò)的地方不是這種情況，”他說(shuō)。“就像汽車(chē)一樣，一維系統(tǒng)中的電子將集體流動(dòng)，而不是單獨(dú)流動(dòng)。這使得一維系統(tǒng)具有豐富的、未經(jīng)探索的物理特性。”

Gupta說(shuō)，用電子束形成凹凸不平的基板比目前將二維石墨烯或其他異質(zhì)結(jié)構(gòu)(如hBN)扭曲到小于單一精度要容易得多。

“此外，人們可以實(shí)現(xiàn)一維量子態(tài)，這通常無(wú)法通過(guò)扭曲二維雙層來(lái)實(shí)現(xiàn)，”他說(shuō)。“這將允許探索1D中的物理效應(yīng)，這些效應(yīng)直到現(xiàn)在仍然難以捉摸。”

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