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物理学家发现错位碳片得到空前的属性

石墨烯是布置在平的蜂窝图案,其中,每个六边形是通过在其顶点六个碳原子形成的碳原子的单层。 UT达拉斯物理学家正在研究当石墨烯的两层层叠显现出来的电性能。

碳的两个一原子厚的层组成的材料已经抓住物理学家的全球关注其有趣 - 和潜在的可利用 - 导电性能。

博士。张帆在物理学助理教授 自然科学和数学学院 在电子游戏娱乐网站和物理学博士生章启月王六月份发表的一篇文章与博士。丰年夏的研究小组在美国耶鲁大学 自然光子学 描述如何扭曲双层石墨烯的能力,以响应于光中红外传导电流的变化。

从一到两层

石墨烯是布置在平的蜂窝图案,其中,每个六边形是通过在其顶点六个碳原子形成的碳原子的单层。自2004年石墨烯的第一隔离,其独特的性能已经强烈科学家研究了在先进的计算机,材料和设备的潜在用途。

如果石墨烯的两片被堆叠在彼此的顶部,并且一个层旋转,以使所述层是略微不对准,所得到的物理配置,称为扭曲双层石墨烯时,得到的是从那些由单个呈现显著不同电子性质单独或由两个对准的层的层。

“石墨烯一直是大约15年利息,”张说。 “单层有趣的研究,但如果我们有两层,它们的相互作用应该呈现更丰富,更有趣的物理。这就是为什么我们要学习双层石墨烯的系统。”

一个新的领域出现

当石墨烯层被对准,在网格中的新的周期性出现的设计,称为莫尔图案。莫尔图案也是六边形,但是它可以制成多于10,000个碳原子组成。

此动画示出了当两个堆叠的石墨烯层通过称为扭转角少量未对准会发生什么。网格中的一个新的周期的设计出现,称为云纹图案。 UT达拉斯物理学家正在调查的扭曲角是如何影响例如扭曲双层石墨烯的电子性质。如果不看视频, 观看YouTube上的.

“在该石墨烯的两层未对准的角度 - 扭曲角 - 是材料的电子性质极为重要,” Wang说。 “扭转角越小,较大的波纹周期。”

上电子行为特定的扭转角的不寻常的效果在首次提出 2011条 博士。艾伦·麦克唐纳,在德克萨斯大学奥斯汀分校物理学教授,和DR。拉菲bistritzer。张见证了这一领域的诞生,如麦当劳组的博士研究生。

“在那个时候,别人真的不重视理论,但现在它已经成为可以说是物理学中最热门的话题,”张说。

在于2011研究,麦克唐纳和bistritzer预测,电子的动能可以通过的1.1度的所谓的‘魔角’未对准的石墨烯双层消失。在2018年,研究人员在麻省理工学院 证明了 这个理论,发现,即通过偏移1.1度两个石墨烯层产生的二维超导体的材料传导没有电阻并且没有能量损失电流。

在一个2019条 科学的进步,章子怡和汪小菲,与Dr。珍妮议员的在俄亥俄州立大学组,表明当通过0.93度偏移,扭曲双层石墨表现出两个超导和绝缘状态,从而显著加宽魔角。

“在我们以前的工作中,我们看到了超导性以及绝缘。这是什么使扭曲的双层石墨烯的研究等领域的热点 - 超导。事实上,你可以操纵纯碳超导是惊人的,史无前例的,”王说。

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在最近在他的研究 自然光子学张和他的合作者在耶鲁大学调查是否和双层石墨烯如何扭绞中红外光,这人类无法看到,但可以检测到热相互作用。

“光与物质之间的相互作用在许多设备中是有用的 - 例如,将太阳光转换成电功率,” Wang说。 “几乎每一个对象发射红外光,包括人,并且该光可与装置来检测。”

张老师是一位理论物理学家,所以他和王着手确定的中红外光可能会如何影响扭曲的双层石墨烯的电子电导。他们的工作涉及基于所述莫尔图案的能带结构,其确定电子在材料中的量子如何运动机械地概念的光吸收。

“石墨烯一直感兴趣大约15年。单层有趣的研究,但如果我们有两层,它们的相互作用应该呈现更丰富,更有趣的物理。这就是为什么我们要学习双层石墨烯的系统。”

博士。张帆,在自然科学和数学的中学物理副教授

“有一个标准的方法来计算规则的晶体的能带结构和光吸收,但是这是一个人工晶体,所以我们不得不想出新的方法,”王说。使用的资源 德克萨斯高级计算中心,在UT奥斯汀校园一台超级计算机设施,旺计算的能带结构和显示材料吸收光如何。

耶鲁组制造设备和RAN实验表明中红外光响应 - 由于光照射的增加电导 - 是在1.8度的扭曲角异常强大和最大。强光响应消失为扭转角小于0.5度。

“我们的理论结果不仅与实验结果匹配良好,但也指出了从根本上连接到莫尔图案,其本身连接到两个石墨烯层之间的扭曲角的周期的机制,”张说。

下一步

“扭曲角为清楚地确定扭曲双层石墨烯的性质非常重要,”张加入。 “问题出现了:我们可以把这种调整其他二维材料得到了前所未有的功能?同样,我们可以结合光响应和扭曲的双层石墨烯的超导?例如,可以闪耀光诱导或以某种方式调制超导?这将是非常有趣的研究。”

博士。乔秋,固态电子学和电磁学在美国的项目经理陆军研究办公室(ARO),美国的一个元素军队作战能力的发展上指挥陆军研究实验室,说:“这个新的突破将有可能使一类新的基于具有高灵敏度石墨烯红外探测器。这些新的探测器会潜在影响的应用,如夜视,这是至关重要的美国军队。”

除了耶鲁大学的研究人员,其他作者包括来自国家研究所在日本材料科学的科学家。该ARO,美国国家科学基金会和海军研究办公室支持的研究。

媒体联系方式: 媒体关系办公室,电子游戏娱乐网站,(972)883-2155, [电子邮件保护].