Эффект муара: как изменить свойства материала

Открытие материала графена, который состоит только из одного слоя атомов углерода, стало стартовым сигналом для глобальной гонки: сегодня производятся так называемые «2D-материалы», состоящие из разных типов атомов. Атомарно тонкие слои, которые часто имеют особые свойства материала, которых нет в обычных более толстых материалах.


Теперь к этой области исследований добавляется еще одна глава: если два таких 2D-слоя уложены под прямым углом, возникает еще больше новых возможностей. То, как взаимодействуют атомы двух слоев, создает замысловатые геометрические узоры, и эти узоры имеют решающее влияние на свойства материала, как теперь смогла продемонстрировать исследовательская группа из TU Wien и Техасского университета (Остин). На фононы – колебания решетки атомов – существенно влияет угол, под которым два слоя материала расположены друг над другом. Таким образом, с помощью крошечных вращений такого слоя можно значительно изменить свойства материала.

Эффект муара

Основная идея может быть опробована дома с двумя листами экрана от мух – или с любыми другими обычными сетками, которые можно разместить друг на друге: если обе сетки идеально подходят друг к другу, вы вряд ли сможете сказать сверху будь то одна или две сетки. Регулярность строения не изменилась.

Но если теперь повернуть одну из сеток на небольшой угол, есть места, где точки сетки примерно совпадают, а в других – нет. Так возникают интересные узоры – всем известный эффект муара.

«Вы можете сделать то же самое с атомными решетками двух слоев материала», – говорит доктор Лукас Линхарт из Института теоретической физики в Венском университете. Примечательно то, что это может кардинально изменить некоторые свойства материала – например, графен становится сверхпроводником, если два слоя этого материала правильно объединить.

«Мы изучили слои дисульфида молибдена, который, наряду с графеном, вероятно, является одним из самых важных 2D-материалов», – говорит профессор Флориан Либиш, возглавлявший проект в TU Wien. «Если вы поместите два слоя этого материала друг на друга, между атомами этих двух слоев возникнут так называемые силы Ван-дер-Ваальса. Это относительно слабые силы, но они достаточно сильны, чтобы полностью изменить поведение всего система.”

В ходе сложного компьютерного моделирования группа исследователей проанализировала квантово-механическое состояние новой двухслойной структуры, вызванное этими слабыми дополнительными силами, и то, как это влияет на колебания атомов в двух слоях.

Угол поворота имеет значение