트위스트로닉스

Twistronics
탄소 원자로 구성된 육각형 격자인 그래핀의 비스듬한 시트 두 장을 겹쳐 만든 원자 축척 무이레 패턴.

트위스트로닉스(Twistronics, twistronics, 전자공학)는 2차원 재료의 층간 각도(twist)가 전기적 특성을 어떻게 변화시킬 수 있는지에 대한 연구다.[1][2]빌레이어 그래핀과 같은 물질은 층간 각도에 따라 민감하게 달라지는 비전도체에서 초전도체까지 전자적 거동이 크게 다른 것으로 나타났다.[3][4]이 용어는 하버드 대학의 에프티미오스 칵시라스 연구팀이 그래핀 초레이티스에 대한 이론적 치료에서 처음 도입되었다.[1][5]null

역사

2007년 싱가포르 국립대학 물리학자인 안토니오 카스트로 네토는 잘못 정렬된 그래핀 시트 두 장을 함께 누르면 새로운 전기적 특성이 나올 수 있다는 가설을 세우고, 그래핀이 초전도성으로 가는 경로를 제공할 수 있다고 별도로 제안했지만 두 가지 아이디어를 결합하지는 않았다.[4]2010년 칠레 우니베르시다드 테크니카 페데리코 산타 마리아 연구자들은 1도에 가까운 특정 각도에서 비틀린 빌라이어 그래핀의 전자 구조 띠가 완전히 평평해졌다는 것을 발견했고,[6] 그러한 이론적 특성 때문에 집단행동이 가능할 수 있다고 제안했다.2011년 알란 맥도날드(오스틴 텍사스대)와 라피 비스트리처는 간단한 이론 모델을 사용하여 이전에 발견된 "마법의 각도"에 대해 자유 전자가 두 그래핀 시트 사이에 터널을 뚫는데 필요한 에너지의 양이 급격하게 변화한다는 것을 발견했다.[7]2017년 하버드대 에프티미오스 칵시라스 연구진은 이 2차원 시스템에서 전자의 비상한 행동을 유도할 수 있는 두 그래핀 층 사이의 꼬임각의 불확실성을 줄이기 위해 상세한 양자역학 계산을 사용했다.[1]2018년 MIT의 실험학자인 파블로 자릴로-헤레로는 마법의 각도가 UT 오스틴 과학자들이 예측했던 특이한 전기적 성질을 초래한다는 것을 발견했다.[8]충분히 낮은 온도에서 1.1도 회전할 때 전자는 한 층에서 다른 층으로 이동하며 격자와 초전도 현상을 일으킨다.[9]null

이러한 발견의 출판은 다양한 층수, 비틀림 각도 및 기타 물질을 사용한 수많은 실험뿐만[3] 아니라 현상을[10] 이해하고 설명하려는 다수의 이론적 논문들을 만들어냈다.[4][11]null

특성.

트위스트로닉스 애니메이션.여기 겹쳐진 시트가 2장 있는데, 그 중 하나는 총 90도 회전한다.회전의 각도가 변화함에 따라 주기성도 변화한다는 것을 우리는 본다.

초전도 및 단열재

초전도성에 대한 이론적 예측은 파블로 야릴로-헤레로와 MIT의 제자인 위안 카오와 하버드 대학과 일본 쓰쿠바 소재 국립재료과학원 동료들에 의해 확인되었다.2018년에 그들은 한 층이 다른 층에 비해 1.1° 각도로 회전하여 1.7K(-271.45°C; -456.61°F)의 온도에서 뮤레 패턴을 형성하는 빌레이어 그래핀에 초전도성이 존재한다는 것을 확인했다.[2][12][13]그들은 자기장 아래의 도체 대신 절연체 역할을 하는 두 개의 빌라이어 장치를 만들었다.자기장 강도를 높이면 두 번째 장치가 초전도체가 된다.null

트위스트로닉스의 한 발전은 소형 전압차를 적용하여 초전도 경로를 켜고 끄는 방법을 발견한 것이다.[14]null

헤테로스트 구조

약한 반데르발스 힘으로 뭉쳐진 원자처럼 얇은 판 형태의 이질 구조를 형성하는 다른 물질과 그래핀 층의 조합을 이용한 실험도 이루어졌다.[15]예를 들어 2019년 7월 사이언스지에 발표된 연구에서는 두 그래핀 시트 사이에 질화 붕소 격자가 추가되면서 양자컴퓨터에 메모리를 구현하는 데 사용할 수 있는 1.17° 각도로 독특한 궤도 강자성 효과가 발생했다는 연구 결과가 나왔다.[16]비틀린 빌라이어 그래핀에 대한 추가적인 분광학적 연구는 마법의 각도에서 강한 전자-전자 상관 관계를 보여주었다.[17]null

전자 퍼들링

비스무트 셀레네이드를 위한 2-D 레이어와 디칼코제니드 사이, 보스턴 노스이스트 대학의 연구원들은 특정한 수준의 트위스트에서 순수 전자로만 구성된 새로운 격자 레이어가 두 2-D 원소 레이어 사이에서 발달할 것이라는 것을 발견했다.[18]두 레이어 사이의 정렬의 양자 및 물리적 효과는 전자를 안정된 격자 안에 가두는 "퍼들" 영역을 형성하는 것으로 나타난다.이 안정된 격자는 전자로만 구성되기 때문에 관측된 최초의 비원자 격자이며 전자를 제한, 제어, 측정, 운반할 수 있는 새로운 기회를 제시한다.null

강자성

질산 붕소 2차원 그래핀 2층으로 구성된 3층 구조는 초전도성, 단열성, 철자성을 보이는 것으로 나타났다.[19]2021년, 이것은 단일 그래핀 플레이크에서 달성되었다.[20]null

참고 항목

참조

  1. ^ a b c Carr, Stephen; Massatt, Daniel; Fang, Shiang; Cazeaux, Paul; Luskin, Mitchell; Kaxiras, Efthimios (2017-02-17). "Twistronics: Manipulating the Electronic Properties of Two-dimensional Layered Structures through their Twist Angle". Physical Review B. 95 (7): 075420. arXiv:1611.00649. doi:10.1103/PhysRevB.95.075420. ISSN 2469-9950.
  2. ^ a b Jarillo-Herrero, Pablo; Kaxiras, Efthimios; Taniguchi, Takashi; Watanabe, Kenji; Fang, Shiang; Fatemi, Valla; Cao, Yuan (2018-03-06). "Magic-angle graphene superlattices: a new platform for unconventional superconductivity". Nature. 556 (7699): 43–50. arXiv:1803.02342. doi:10.1038/nature26160. PMID 29512651.
  3. ^ a b Gibney, Elizabeth (2019-01-02). "How 'magic angle' graphene is stirring up physics". Nature. 565 (7737): 15–18. Bibcode:2019Natur.565...15G. doi:10.1038/d41586-018-07848-2. PMID 30602751.
  4. ^ a b c Freedman, David H. (2019-04-30). "How Twisted Graphene Became the Big Thing in Physics". Quanta Magazine. Retrieved 2019-05-05.
  5. ^ Tritsaris, Georgios A.; Carr, Stephen; Zhu, Ziyan; Xie, Yiqi; Torrisi, Steven B.; Tang, Jing; Mattheakis, Marios; Larson, Daniel; Kaxiras, Efthimios (2020-01-30). "Electronic structure calculations of twisted multi-layer graphene superlattices". arXiv:2001.11633 [cond-mat.mes-hall].doi:10.1088/2053-1583/ab8f62
  6. ^ Suárez Morell, E.; Correa, J. D.; Vargas, P.; Pacheco, M.; Barticevic, Z. (2010-09-13). "Flat bands in slightly twisted bilayer graphene: Tight-binding calculations". Physical Review B. 82 (12): 121407. doi:10.1103/PhysRevB.82.121407. hdl:10533/144840. ISSN 1098-0121.
  7. ^ Bistritzer, Rafi; MacDonald, Allan H. (26 July 2011). "Moiré bands in twisted double-layer graphene". Proceedings of the National Academy of Sciences. 108 (30): 12233–12237. doi:10.1073/pnas.1108174108. PMC 3145708.
  8. ^ Cao, Yuan; Fatemi, Valla; Fang, Shiang; Watanabe, Kenji; Taniguchi, Takashi; Kaxiras, Efthimios; Jarillo-Herrero, Pablo (5 March 2018). "Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices". Nature. 556: 43–50. arXiv:1803.02342. doi:10.1038/nature26160.
  9. ^ "New twist on graphene gets materials scientists hot under the collar". New York Times. 30 October 2019. Retrieved 29 Sep 2020.
  10. ^ Freedman, David H. (2019-05-28). "What's the Magic Behind Graphene's 'Magic' Angle?". Quanta Magazine. Retrieved 2019-05-28.
  11. ^ "Experiments explore the mysteries of 'magic' angle superconductors". phys.org. 2019-07-31. Retrieved 2019-07-31.
  12. ^ Cao, Yuan; Fatemi, Valla; Demir, Ahmet; Fang, Shiang; Tomarken, Spencer L.; Luo, Jason Y.; Sanchez-Yamagishi, Javier D.; Watanabe, Kenji; Taniguchi, Takashi (2018-04-01). "Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices". Nature. 556 (7699): 80–84. arXiv:1802.00553. Bibcode:2018Natur.556...80C. doi:10.1038/nature26154. ISSN 0028-0836. PMID 29512654.
  13. ^ Wang, Brian (2018-03-07). "Graphene superlattices could be used for superconducting transistors". NextBigFuture.com. Retrieved 2019-05-03.
  14. ^ "Twisted physics: Magic angle graphene produces switchable patterns of superconductivity". phys.org. October 30, 2019. Retrieved 2020-02-06.{{cite web}}: CS1 maint : url-status (링크)
  15. ^ University of Sheffield (March 6, 2019). "1 + 1 does not equal 2 for graphene-like 2-D materials". phys.org. Retrieved 2019-08-01.{{cite web}}: CS1 maint : url-status (링크)
  16. ^ Than, Ker (2019-07-26). "Physicists discover new quantum trick for graphene: magnetism". phys.org. Retrieved 2019-07-27.
  17. ^ Scheurer, Mathias S. (2019-07-31). "Spectroscopy of graphene with a magic twist". Nature. 572 (7767): 40–41. Bibcode:2019Natur.572...40S. doi:10.1038/d41586-019-02285-1.
  18. ^ "Physicists may have accidentally discovered a new state of matter". phys.org. Retrieved 2020-02-27.
  19. ^ "A talented 2-D material gets a new gig". phys.org. Retrieved 2020-03-04.
  20. ^ Irving, Michael (2021-05-06). "Magic angle makes graphene simultaneously superconducting and insulating". New Atlas. Retrieved 2021-05-09.{{cite web}}: CS1 maint : url-status (링크)