Gennembrud inden for materialeopdagelse muliggør twistronics til bulksystemer

Forskere fra Low Energy Electronic Systems (LEES) Interdisciplinary Research Group (IRG) ved Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), MITs forskningsvirksomhed i Singapore sammen med Massachusetts Institute of Technology (MIT) og National University of Singapore (NUS), har opdaget en ny måde at kontrollere lysemission fra materialer.

Styring af materialers egenskaber har været drivkraften bag de fleste moderne teknologier – fra solpaneler, computere, smarte køretøjer eller livreddende hospitalsudstyr. Men materialeegenskaber er traditionelt blevet justeret baseret på deres sammensætning, struktur, og nogle gange størrelse, og mest praktiske enheder, der producerer eller genererer lys, bruger lag af materialer af forskellig sammensætning, som ofte kan være svære at dyrke.

Gennembruddet fra SMART-forskere og deres samarbejdspartnere tilbyder en ny paradigmeskiftende tilgang til at tune de optiske egenskaber af teknologisk relevante materialer ved at ændre snoningsvinklen mellem stablede film, ved stuetemperatur. Deres resultater kan have en enorm indflydelse på forskellige anvendelser inden for det medicinske, biologiske, og kvanteinformationsfelter. Holdet forklarer deres forskning i et papir med titlen "Tunable Optical Properties of Thin Films Controlled by the Interface Twist Angle" for nylig offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Nano bogstaver .

"En række nye fysiske fænomener - såsom ukonventionel superledning - er for nylig blevet opdaget ved at stable individuelle lag af atomisk tynde materialer oven på hinanden i en snoet vinkel, hvilket resulterer i dannelsen af ​​det vi kalder moiré supergitter, " siger den tilsvarende forfatter til avisen, Professor Silvija Gradecak fra Institut for Materialevidenskab og Teknik ved NUS og Principal Investigator ved SMART LEES. "De eksisterende metoder fokuserer på kun at stable tynde individuelle monolag af film, hvilket er besværligt, mens vores opdagelse også ville være anvendelig til tykke film - hvilket gør processen med materialeopdagelse meget mere effektiv."

Deres forskning kan også være meningsfuld for at udvikle den grundlæggende fysik inden for "twistronics" - studiet af, hvordan vinklen mellem lag af todimensionelle materialer kan ændre deres elektriske egenskaber. Professor Gradecak påpeger, at feltet hidtil har fokuseret på at stable individuelle monolag, som kræver omhyggelig eksfoliering og kan lide af afslapning fra en snoet tilstand, dermed begrænse deres praktiske anvendelser. Holdets opdagelse kan gøre dette banebrydende twist-relaterede fænomen også anvendeligt på tykfilmsystemer, som er nemme at manipulere og industrielt relevante.

"Vores eksperimenter viste, at de samme fænomener, der fører til dannelsen af ​​moiré-supergitter i todimensionelle systemer, kan oversættes til at indstille optiske egenskaber af tredimensionelle, bulk-lignende hexagonal bornitrid (hBN) selv ved stuetemperatur, " sagde Hae Yeon Lee, hovedforfatteren af ​​papiret og en Materials Science and Engineering Ph.D. kandidat ved MIT. "Vi fandt ud af, at både intensiteten og farven af ​​stablet, tykke hBN-film kan tunes kontinuerligt ved deres relative vridningsvinkler og intensitet øget med mere end 40 gange."

Forskningsresultaterne åbner op for en ny måde at kontrollere optiske egenskaber af tynde film ud over de konventionelt anvendte strukturer, især til anvendelser inden for medicin, miljø- eller informationsteknologier.