Технології
Технології

Вчені виростили скручені спіральні шари матеріалів на неевклідових поверхнях

Song Jin Lab 

Song Jin Lab

Вчені створили модель, що описує ріст шаруватих матеріалів зі спіралями із гвинтовою дислокацією на неевклідових поверхнях та показали, що це призводить до створення постійно скручених багатошарових надструктур. Дослідники втілили цю модель, продемонструвавши зріст суперскручених спіралей дисульфіду вольфраму та диселеніду вольфраму, про що вони пишуть у журналі Science.

До чого призводить скручена структура матеріалів?

Двовимірні шаруваті матеріали є ідеальною платформою для створення штучних конструкцій з новими властивостями. Повертання шарів під певним кутом призводить до формування характерних муарових візерунків, що утворюються, коли елементи періодичних сітчастих малюнків накладаються один на одного. Також це дозволяє маніпулювати електронними станами матеріалів, наприклад, створювати нетрадиційну надпровідність. Вивченням властивостей такої зміни кутів між шарами матеріалів займається твістроніка (від слова twist — крутити).

Як на це впливає неевклідова геометрія?

Евклідовий простір формує розуміння фізичного світу, в якому ми живемо. Він забезпечує математичні рамки для класичної кристалографії. Пласкі платформи з евклідовими поверхнями застосовуються для вирощування та механічного укладання двовимірних матеріалів. А от у неевклідовому просторі аксіома паралельності прямих не дійсна. Геометричні перетворення, такі як перенесення чи обертання, мають різні наслідки в евклідовому та неевклідовому просторі. Ці відмінності можуть вплинути на процес росту кристалів, у результаті чого на неевклідових поверхнях з’являться екзотичні нові конструкції.

Яке дослідження провели вчені?

Команда вчених описала новий спосіб контролювання зросту скручених мікроскопічних матеріалів завтовшки в один атом. Для цього вона скористалася так званою гвинтовою дислокацією. У двовимірних матеріалах дислокації забезпечують крок вгору для створення наступних шарів спіралеподібної конструкції, вирівнюючи орієнтацію кожного шару.

Вчені розмістили під платформою для вирощування кристалів наночастинку, яка порушує плоску поверхню у процесі зростання кристала. Виявилося, що замість вирівняної спіралі, де край кожного шару лежить паралельно попередньому шару, вирощений у таких умовах кристал утворює безперервно скручувану багатошарову спіраль, яка передбачувано закручується від одного шару до наступного. Кут міжшарового скручування виникає внаслідок невідповідності між плоским (евклідовим) кристалом та кривою (неевклідовою) поверхнею, на якій він росте.

Коли спіралі досліджували під електронним мікроскопом, зображення показали, що атоми в сусідніх скручених шарах утворюють очікувану інтерференційну картину — муаровий візерунок.