曼彻斯特大学 这张图片展示了强调原位扭曲新技术的漫画和缩微照片
荣誉:阿特姆·米什琴科/曼彻斯特大学 曼彻斯特大学的一组国际研究人员揭示了一种新方法，可以微调原子层之间的角度——“扭曲”，这种扭曲形成了称为范德瓦尔斯异质结构的奇特人造纳米器件，并有助于加速下一代电子学
该团队的负责人米什琴科教授解释说，这项新技术可以实现二维材料的原位动态旋转和操纵，以形成范德瓦尔斯异质结构——这种纳米器件拥有非同寻常的特性和令人兴奋的新现象
扭转角的调整控制着二维材料中的拓扑和电子相互作用——这一过程被称为“扭转”，是近年来物理学中一个新兴的研究课题
曼彻斯特领导的这项新研究将于今天发表在《科学进展》杂志上
“我们的技术使扭曲的范德瓦尔斯异质结构具有动态可调的光学、机械和电子特性
这部作品的主要作者杨亚萍解释说
杨亚萍补充说:“例如，这项技术可以用于二维晶体的自主机器人操作，以构建范德瓦尔斯超晶格，这将允许精确定位、旋转和操作二维材料，以制造具有所需扭转角度的材料，微调范德瓦尔斯材料的电子和量子特性
" 二维晶体层之间的相互扭曲导致莫尔图案的形成，其中母体二维晶体的晶格形成超晶格
这种超晶格可以完全改变系统中电子的行为，导致观察到许多新现象，包括强电子关联、分形量子霍尔效应和超导性
该团队通过成功制造异质结构展示了这种技术，在异质结构中，石墨烯与六边形氮化硼的顶部和底部封装层完美对齐，被称为“白色石墨烯”，在两个界面处形成双莫尔超晶格
发表在《科学进展》杂志上的这项技术是由目标二维晶体上的聚合物抗蚀剂贴片和聚合物凝胶操纵器介导的，它可以精确、动态地控制二维材料的旋转和定位
阿尔特姆·米什琴科补充说:“我们的技术有潜力将扭转效应引入低温测量系统，例如，通过使用显微操纵器或微机电设备。”
研究人员使用一个带有一滴聚二甲基硅氧烷(PDMS)的载玻片作为操纵器，将其固化并自然成形为半球几何形状
与此同时，他们有意通过标准电子束光刻技术在目标二维晶体上沉积外延聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)贴片
操纵异质结构中目标薄片的步骤很容易遵循
通过降低聚合物凝胶手柄，PDMS半球与聚甲基丙烯酸甲酯贴片接触
当它们相互接触时，人们可以很容易地移动或旋转底部薄片表面的目标二维晶体
二维薄片的这种平滑运动是基于两种晶体结构之间的超润滑性
超润滑是指原子级平面之间的摩擦在特定条件下消失的现象
即使在异质结构组装之后，操纵技术也能够连续调节层之间的扭转角
人们可以根据需要将外延聚甲基丙烯酸甲酯贴片设计成任意形状，通常采用适合目标薄片的几何形状
操作技术方便且可重复，因为聚甲基丙烯酸甲酯贴片可以很容易地用丙酮洗掉，并通过光刻重新构图
通常，对于精心制作的PDMS半球，半球和二维晶体之间的接触面积取决于半球半径，并且对接触力高度敏感，使得难以精确控制目标二维晶体的运动
“外延聚甲基丙烯酸甲酯贴片在操纵技术中起着至关重要的作用
我们的诀窍在于聚合物凝胶操纵器的接触面积被精确地限制在外延聚合物层的图案形状上
这是实现操纵精确控制的关键，允许施加更大的控制力
合著者之一李继东说
与二维材料的其他操作技术相比，如使用原子力显微镜(AFM)尖端推动具有特定制造几何形状的晶体，原位扭转技术是非破坏性的，可以操作薄片，而不管其厚度如何，而AFM尖端仅适用于厚薄片，可能会破坏薄薄片
石墨烯和六方氮化硼的完美排列展示了该技术在扭转应用中的潜力
使用原位技术，研究人员成功地旋转了氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结构中的二维层，以实现所有层之间的完美对准
结果表明在异质结构的两个界面上形成了双莫尔超晶格
此外，研究人员观察到了二阶(复合)摩尔效应的特征；由双莫尔条纹产生的图案；超晶格
这种具有完美排列的石墨烯和氮化硼的异质结构展示了扭转技术的潜力
开展这项实验工作的杨亚平说:“这项技术可以很容易地推广到其他二维材料系统，并允许在任何二维系统中进行可逆操纵，而不考虑相应的机制。”
米什琴科教授补充说:“我们相信我们的技术将在设备工程中开辟一个新的策略，并在二维量子晶体、魔角平带和其他拓扑非平凡系统的研究中找到它的应用
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