гетерострейн
Термин «гетеродеформация» был предложен в 2018 году в контексте материаловедения , чтобы упростить обозначение возможных деформационных ситуаций в гетероструктурах Ван-дер-Ваальса, когда два (или более) двумерных материала уложены друг на друга. [ 1 ] Эти слои могут испытывать одинаковую деформацию (гомодеформация) или разные деформации (гетеродеформация). Помимо скручивания , гетеродеформация может иметь важные последствия для электронных устройств. [ 2 ] [ 3 ] и оптический [ 4 ] свойства полученной структуры. Таким образом, контроль гетеронапряжения [ 5 ] [ 6 ] развивается как область стрейнтроники , в которой свойства двумерных материалов контролируются деформацией. В недавних работах сообщалось о детерминированном контроле гетеродеформации путем обработки образцов. [ 7 ] или с помощью кончика АСМ [ 8 ] особый интерес представляют скрученные гетероструктуры. Сама по себе гетеродеформация (без скручивания) также была идентифицирована как параметр для настройки электронных свойств структур Ван-дер-Ваальса, как, например, в скрученных слоях графена с двухосной гетеродеформацией. [ 9 ]
Этимология
[ редактировать ]Гетерострейн образован от греческого префикса гетеро- (разный) и существительного штамм . Это означает, что два слоя, составляющие структуру, подвергаются разным нагрузкам. [ 1 ] Это контрастирует с гомодеформацией, при которой два слоя подвергаются одной и той же деформации. [ 1 ] Некоторые авторы называют гетероштамм «относительным штаммом». [ 10 ]
Проявление и измерение гетеродеформации
[ редактировать ]случай двух слоев графена Для простоты рассмотрен . Описание можно обобщить на случай различных 2D-материалов, образующих гетероструктуру .
В природе два слоя графена обычно укладываются со сдвигом на половину элементарной ячейки. Эта конфигурация является наиболее энергетически выгодной и встречается в графите . Если один слой деформирован, а другой остается неповрежденным, возникает муаровый узор, сигнализирующий об областях, в которых атомные решетки двух слоев находятся в совмещении или нет. Форма муарового узора зависит от вида деформации.
- Если слой деформирован в одном направлении (одноосная гетеродеформация), муар одномерный.
- Если слой деформирован одинаково в двух направлениях (двухосная гетеродеформация), то муар представляет собой двумерную сверхструктуру.
В общем, слой может быть деформирован произвольным сочетанием обоих типов гетеродеформаций.
Гетеронапряженность можно измерить с помощью сканирующего туннельного микроскопа , который дает изображения, показывающие как атомную решетку первого слоя, так и муаровую сверхрешетку. Связь атомной решетки с муаровой решеткой позволяет полностью определить взаимное расположение слоев (двуосное, одноосное гетеродеформированное и крученое). [ 11 ] Этот метод невосприимчив к артефактам калибровки, которые одинаково влияют на изображение двух слоев, что компенсируется при относительных измерениях. Альтернативно, с помощью хорошо откалиброванного микроскопа и если двухосная гетеродеформация достаточно мала, можно определить скручивание и одноосную гетеродеформацию, зная период муара во всех направлениях. [ 12 ] Напротив, гораздо сложнее определить гомонапряжение, что требует калибровочного образца.
Происхождение и влияние гетеронапряжения
[ редактировать ]Гетеронапряжение генерируется во время изготовления стопки 2D-материалов. Это может быть результатом метастабильной конфигурации во время сборки снизу вверх. [ 1 ] или из манипуляций со слоями в технике разрыва и сложения. [ 13 ] Было показано, что он повсеместно присутствует в скрученных слоях графена вблизи угла магического закручивания и является основным фактором, определяющим ширину плоской зоны в этих системах. [ 2 ] [ 3 ] Гетеронапряжение оказывает гораздо большее влияние на электронные свойства, чем гомодеформация. [ 1 ] Это объясняет некоторую изменчивость выборки, которая ранее вызывала недоумение. [ 3 ] [ 14 ] В настоящее время исследования движутся к пониманию влияния пространственных флуктуаций гетеродеформации. [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Худер, Лоик; Арто, Александр; Ле Куанг, Тоай; де Лессардьер, Ги Трамбли; Янсен, Алоизиус ГМ; Лаперто, Жерар; Шапелье, Клод; Ренард, Винсент Т. (12 апреля 2018 г.). «Электронный спектр скрученных слоев графена при гетеронапряжении» . Письма о физических отзывах . 120 (15): 156405. arXiv : 1803.03505 . Бибкод : 2018PhRvL.120o6405H . doi : 10.1103/PhysRevLett.120.156405 . ПМИД 29756887 . S2CID 21734003 .
- ^ Jump up to: а б Би, Чжэнь; Юань, Ной, FQ; Фу, Лян (31 июля 2019 г.). «Проектирование плоских лент деформацией» . Физический обзор B . 100 (3): 035448. arXiv : 1902.10146 . Бибкод : 2019PhRvB.100c5448B . doi : 10.1103/PhysRevB.100.035448 . ISSN 2469-9950 . S2CID 118982311 .
- ^ Jump up to: а б с Меспле, Флори; Миссауи, Ахмед; Сеа, Томмазо; Худер, Лоик; Гвинея, Франциско; Трамбли де Лессардьер, Ги; Шапелье, Клод; Ренард, Винсент Т. (17 сентября 2021 г.). «Гетеронапряжение определяет плоские полосы в слоях графена, скрученных под магическим углом» . Письма о физических отзывах . 127 (12): 126405. arXiv : 2012.02475 . Бибкод : 2021PhRvL.127l6405M . doi : 10.1103/PhysRevLett.127.126405 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 34597066 . S2CID 227305789 .
- ^ Чжэн, Хуэйюань; Чжай, Давэй; Яо, Ван (01 октября 2021 г.). «Контроль оптических свойств муаровых экситонных минизон с помощью скручивания и гетеронапряжения» . 2D материалы . 8 (4): 044016. arXiv : 2110.01487 . Бибкод : 2021TDM.....8d4016Z . дои : 10.1088/2053-1583/ac2d16 . ISSN 2053-1583 . S2CID 238259645 .
- ^ Капфер, Мяэлле; Йессен, Бьярке С.; Эйзель, Меган Э.; Фу, Мэтью; Даниэльсен, Дорте Р.; Дарлингтон, Томас П.; Мур, Сэмюэл Л.; Финни, Натан Р.; Маркезе, Ариана; Се, Валери; Майчжак, Полина; Цзян, Чжихао; Бисвас, Дипнараян; Дудин, Павел; Авила, Хосе (2023). «Программирование угла скручивания и профилей деформации в 2D-материалах». Наука . 381 (6658): 677–681. arXiv : 2209.10696 . Бибкод : 2023Sci...381..677K . дои : 10.1126/science.ade9995 .
- ^ Пенья, Тара; Дей, Адитья; Чоудхури, Шойб А.; Азизиманеш, Ахмад; Хоу, Вэньхуэй; Севакет, Арфан; Уотсон, Карла Л.; Аскари, Хесам; Ву, Стивен М. (2023). «Муаровая инженерия в 2D-гетероструктурах с технологической деформацией». Письма по прикладной физике . 122 (14): 143101. arXiv : 2210.03480 . Бибкод : 2023ApPhL.122n3101P . дои : 10.1063/5.0142406 . S2CID 252762502 .
- ^ Тара, Пена (2023). «Муаровая инженерия в 2D-гетероструктурах с технологической деформацией» . Прил. Физ. Летт . 122 (14): 143101. arXiv : 2210.03480 . Бибкод : 2023ApPhL.122n3101P . дои : 10.1063/5.0142406 . S2CID 252762502 – через публикацию AIP.
- ^ Капфер, Маэль; Йессен, Бьярке С.; Эйзель, Меган Э.; Фу, Мэтью; Даниэльсен, Дорте Р.; Дарлингтон, Томас П.; Мур, Сэмюэл Л.; Финни, Натан Р.; Маркезе, Ариана; Се, Валери; Майчжак, Полина; Цзян, Чжихао; Бисвас, Дипнараян; Дудин, Павел; Авила, Джозеф (11 августа 2023 г.). «Программирование угла скручивания и профилей деформации в 2D-материалах» . Наука 381 (6658): 677–681. arXiv : 2209.10696 . Бибкод : 2023Sci...381..677K . дои : 10.1126/science.ade9995 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 37561852 . S2CID 252438585 .
- ^ Меспле, Флори; Валет, Нильс Р.; Трамбли де Лессардьер, Ги; Гвинея, Франциско; Дошенович, Джордже; Окуно, Ханако; Пайе, Колен; Мишон, Адриан; Шапелье, Клод; Ренард, Винсент Т. (сентябрь 2023 г.). «Гигантский атомный вихрь в бислоях графена с двухосной гетеродеформацией» . Продвинутые материалы . 35 (41): е2306312. arXiv : 2308.13230 . Бибкод : 2023АдМ....3506312М . дои : 10.1002/adma.202306312 . ISSN 0935-9648 . ПМИД 37615204 .
- ^ Энгельке, Ребекка; Йоу, Хёбин; Карр, Стивен; Сюй, Кевин; Казо, Поль; Аллен, Ричард; Вальдивия, Андрес Миер; Лускин, Митчелл; Каширас, Эфтимиос; Ким, Минхён; Хан, Чон Хун; Ким, Филип (16 июля 2022 г.). «Неабелевы топологические дефекты и картирование деформаций в двумерных муаровых материалах». arXiv : 2207.05276 [ cond-mat.mes-hall ].
- ^ Арто, А.; Маго, Л.; Ле Куанг, Т.; Гиссе, В.; Дэвид, П.; Чапелье, К.; Коро, Дж. (2016). «Универсальная классификация скрученных, напряженных и срезанных графен-муаровых сверхрешеток» . Научные отчеты . 6 (1): 25670. arXiv : 1605.07356 . Бибкод : 2016НатСР...625670А . дои : 10.1038/srep25670 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 4867435 . ПМИД 27181495 .
- ^ Керельский, Александр; Макгилли, Лео Дж.; Кеннес, Данте М.; Сиань, Леде; Янковиц, Мэтью; Чен, Шаовэнь; Ватанабэ, К.; Танигучи, Т.; Хоун, Джеймс; Дин, Кори; Рубио, Ангел (2019). «Максимальное взаимодействие электронов под магическим углом в скрученном двухслойном графене» . Природа . 572 (7767): 95–100. arXiv : 1812.08776 . Бибкод : 2019Природа.572...95К . дои : 10.1038/s41586-019-1431-9 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 31367030 . S2CID 199057045 .
- ^ Ким, Кёнхван; Янковиц, Мэтью; Фаллахазад, Бабак; Канг, Сану; Мовва, Хема КП; Хуан, Шэнцян; Ларентис, Стефано; Корбет, Крис М.; Танигучи, Такаши; Ватанабэ, Кендзи; Банерджи, Санджай К. (9 марта 2016 г.). «Гетероструктуры Ван-дер-Ваальса с высокоточной вращательной центровкой» . Нано-буквы . 16 (3): 1989–1995. Бибкод : 2016NanoL..16.1989K . дои : 10.1021/acs.nanolett.5b05263 . ISSN 1530-6984 . ПМИД 26859527 .
- ^ Паркер, Дэниел Э.; Соэдзима, Томохиро; Хаушильд, Йоханнес; Залетел, Майкл П.; Бултинк, Ник (6 июля 2021 г.). «Квантовые фазовые переходы, индуцированные деформацией, в графене с магическим углом» . Письма о физических отзывах . 127 (2): 027601. arXiv : 2012.09885 . Бибкод : 2021PhRvL.127b7601P . doi : 10.1103/PhysRevLett.127.027601 . hdl : 1854/LU-01GQF91F1WRRP5WQDFR3XBHF2J . ISSN 0031-9007 . ОСТИ 1821673 . ПМИД 34296891 . S2CID 229331622 .
- ^ Накацудзи, Наото; Кошино, Микито (14 июня 2022 г.). «Эффект муара в скрученном двухслойном графене» . Физический обзор B . 105 (24): 245408. arXiv : 2204.06177 . Бибкод : 2022PhRvB.105x5408N . дои : 10.1103/PhysRevB.105.245408 . ISSN 2469-9950 . S2CID 248157360 .